我们宇宙中最古老的星系简直一团糟

dootbear

Space.com：我们宇宙中最古老的星系简直一团糟

一项最新研究指出，宇宙最早的星系在“少年时期”可谓一团乱：它们像翻滚的热锅，充满湍流气体，被巨量星际气体的“灌入”、大规模恒星暴发式形成，以及肆虐的超大质量黑洞共同搅动。

由剑桥大学的邓海夫（Lola Dunhaive）领衔的天文学团队，近日用韦伯太空望远镜（JWST）观测了272个小星系，其光线来自“大爆炸”后约8亿年至15亿年。那时宇宙仍很年轻；这些光如今抵达JWST，人们看到它们与近邻宇宙中那类成熟、平稳自转的盘状星系大不相同。

共同作者、剑桥大学天文学家塔凯拉（Sandro Tacchella）在声明中说：“早期星系更为湍动、不稳定，它们通过一阵阵恒星形成而成长。”

邓海夫团队利用JWST的观测来追踪各星系内电离氢气体的运动。多数目标里，气体不是在星系中心周围平滑地同向旋转，而是四处乱流，形成湍涡、激波与不均匀的物质团块。

我们近邻宇宙里所见的“现代”星系，大多是结构规整的盘状或旋涡星系，气体与恒星基本同向绕中心运动，除非它们刚经历过一次碰撞或擦肩而过。然而望得越远（也越早），画面就越凌乱。

连星系也有“青春期”

邓海夫团队把这些星系称为“盘状结构初现的黎明”，即星系开始靠旋转“供养”自身，但在稳定成我们本地宇宙里那种冷盘之前，会经历多次不稳定的阶段。（星系也是如此，人亦如此。）

JWST显示，这批远方星系对应宇宙年龄约8亿至15亿年，接近“宇宙黎明期”（大爆炸后5000万年至10亿年）的尾声，也是“宇宙正午”（20亿年至30亿年）来临前夕。宇宙正午是恒星诞生最为旺盛的时代；样本中的“小乱星系”正把恒星形成速率推向那场“烟火秀”，这正是它们如此湍乱的原因之一。

新生恒星像新生儿，易闹“脾气”。恒星会以强劲的带电粒子恒星风与高能辐射（尤其紫外）“扫荡”周围，把恒星苗圃（冷气体云）搅成一团混沌。更糟的是，模型与观测都表明，在那些早期星系里，恒星形成常常是不规则且猛烈的“爆发”。

那时弥漫宇宙的气体云也比今天稠密得多。宇宙自大爆炸以来一直在膨胀，所谓“宇宙正午”之前，空间更小、物质量却一样。这意味着星系间的气体不断，有时甚至急速，流入年轻星系，进一步激起湍流。而各星系中心的超大质量黑洞则大快朵颐，吞噬气体并喷出相对论性物质与辐射喷流。

此外，这些样本星系相对当今的巨无霸而言“以小见大”：质量介于1亿至100亿个太阳质量之间（我们的银河系约为1.5万亿个太阳质量）。这让黑洞进食、外来气体洪流与恒星暴发对其稳定性的影响被“放大”。

一句话：那是一个“怪异的时代”，年轻星系头绪一堆，热闹非凡。

接下来怎么办？

研究者也注意到少数例外：一些早期星系因其各自随机的历史进程，较同龄者更早“收拾好自己”。它们往往质量更大，可能更能抵御宇宙扰动。但样本中的大多数仍处在“混乱期”。

此前也有研究捕捉到这类“早熟星系”，但没人确定它们是否普遍。模型与模拟一直预测早期星系应当是湍动、块状的“乱糟糟”。如今的观测显示，这种“混乱现实”与物理学家的宇宙演化模型相吻合。

对邓海夫团队而言，下一步是把这批热的电离氢观测，与即将到来的同一批远方早期星系中的冷气体与尘埃观测结合起来，以进一步揭示它们的结构与演化。

塔凯拉说：“有了更多数据，我们就能追踪这些湍动系统如何‘长大成人’，变成今天优雅的旋涡星系。”

该成果已于10月22日发表在《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）。







来源：

https://www.space.com/astronomy/ ... ies-were-hot-messes

By Kiona N. Smith published 8 hours ago
The James Webb Space Telescope caught a glimpse of these violent bundles of gas and stars.

dootbear

本文要点:

1. JWST观测272个早期小星系，发现其气体四处乱流、激波与团块遍布，明显不同于近邻宇宙的规整盘。

2. 这些星系处于“盘的黎明”，在多次不稳定后才会冷却成盘；恒星暴发与黑洞喷流共同加剧湍动。

3. 观测对应宇宙8亿—15亿年，临近“宇宙黎明”尾声与“宇宙正午”将至，恒星形成迅猛推高系统紊乱。

4. 早期宇宙更稠密，星系间气体急速汇入，配合超大质量黑洞吞噬与喷流，进一步扰乱年轻星系。

5. 样本星系多为1亿—100亿太阳质量，小体量使外来气体与恒星暴发对稳定性的影响被放大。

6. 少数“早熟”星系更大更稳，但多数仍在“混乱期”；团队将合并热气体与冷气体/尘埃数据追踪演化。

APSTNDP

可能是我们宇宙的架构师觉得人类从地球去不了那么远，所以就随手点了点那个区域就 commit工作了。