天文學家首次觀測到130億年前2個小星系中的氣體運動

文：娟娟

作者系網易新聞&網易號「各有態度」簽約作者

通過使用先進的阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波陣列望遠鏡（簡寫為ALMA），天文學家們已經看到了相當遙遠的過去。這個過去大約是130億年前，大爆炸（Big Bang）後不久，在宇宙最早形成的2個小星系中，天文學家觀測到了旋渦狀的氣體。這是歷史上第一次探測到宇宙歷史中如此早期階段的星系內氣體運動。

劍橋大學卡夫利宇宙學研究所的Renske Smit博士領導著國際團隊，打開了通往遙遠宇宙的新窗口，並且第一次使用ALMA辨認出宇宙歷史的極早期階段正常的恆星形成星系。研究結果1月10日在線發表於《Nature（自然）》雜誌。

圖：早期宇宙中的星系，藝術概念圖。Image credit: Amanda Smith, University of Cambridge.

我們知道，從遙遠天體發出的光線需要花費很多時間才能到達地球，因此觀測幾十億光年之外的天體就能使我們看到遙遠過去發生的事情——直接觀察宇宙中最早的星系形成。然而，當時的宇宙充滿了中性氫氣的「迷霧」，這種障礙使得光學望遠鏡難以看到最早的星系形成。

因此，Smit和她的同事們使用ALMA來執行這個任務，他們觀測到兩個新生的星系，當時它們正處在大爆炸的8億年之後。通過分析ALMA採集到的遠紅外光的光譜「指紋」，天文學家確定了這些星系的距離，並第一次看到促進星系生長的氣體的內部運動。

團隊成員Stefano Carniani博士說：「在ALMA之前，我們從來沒有能夠以如此的細節看到星系的形成，而且我們從未能夠測量出宇宙歷史如此早期階段的星系內氣體運動。」

Hubble image of the night sky where the galaxies COS-3018555981 and COS-2987030247 were found and two zoomed in panels of the ALMA data. Image credit: NASA / ESA / Hubble / ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / P. Oesch, University of Geneva & R. Smit, University of Cambridge.

研究者們發現，兩個新生星系中的氣體，以旋渦運動的方式旋轉著，就如同我們的銀河系，以及宇宙歷史更晚時期更加成熟的其他星系那樣。儘管它們的尺寸相對較小（大約比銀河系小五倍），這兩個星系卻以比其他早期星系更快的速度形成著恆星，除此之外，天文學家還驚奇地發現，這兩個星系並不像預期的那樣混亂（chaotic）。

Smit博士說：「在早期宇宙，引力導致氣體快速流入星系，攪拌著它們，並且形成很多新的恆星，與此同時，猛烈的超新星爆炸也會使氣體變得動蕩（turbulent），」「由於年輕恆星的爆炸所造成的破壞，我們預計年輕的星系會處於動力學的混亂，但這兩個小星系卻顯示出保持秩序的能力，而且還把秩序管理得很好。儘管尺寸很小，但它們已經迅速成長為成熟的星系。」

參考資料：

Journal Reference:Renske Smit, Rychard J. Bouwens, Stefano Carniani, Pascal A.Oesch, Ivo Labbé, Garth D. Illingworth, Paul van der Werf, Larry D. Bradley,Valentino Gonzalez, Jacqueline A. Hodge, Benne W. Holwerda, Roberto Maiolino,Wei Zheng. Rotation in [C ii]-emitting gas in two galaxies at a redshift of6.8. Nature, 2018; 553 (7687): 178 DOI: 10.1038/nature24631

https://www.nature.com/articles/nature24631

http://www.sci-news.com/astronomy/alma-whirlpool-movement-early-galaxies-05617.html

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180110131538.htm

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