【正见新闻网2024年11月20日】
据英国巴斯大学2024年11月13日报导，由日内瓦大学 (UNIGE) 领导、包括巴斯大学教授斯蒂恩·伍伊茨(Stijn Wuyts)在内的国际团队发现了三个超大质量星系——每个星系的质量都几乎与银河系一样大——它们是在所谓的大爆炸后的第一个十亿年内形成的。
研究人员的研究结果表明，早期宇宙中恒星的形成比以前认为的要高效得多，这对现有的星系形成模型甚至大爆炸理论本身提出了挑战。
韦伯望远镜拍摄到的三个红色星系。图片来源：NASA/CSA/ESA/M. Xiao/PA Oesch（日内瓦大学)/G. Brammer(尼尔斯玻尔研究所)/Dawn JWST 档案
这一令人惊讶的发现发表在《自然》杂志上，是由韦伯望远镜（JWST）作为 JWST FRESCO 计划的一部分做出的。
该项目旨在系统分析宇宙大爆炸最初十亿年内发射线星系 (ELG) 的完整样本。ELG 在其光谱中表现出强烈的发射线（光谱是发射光的不同波长范围）。这些发射线在特定波长下呈现为亮线，在光谱较暗的背景下显得格外突出。
发射线的存在使团队能够准确地确定样本中星系的距离。反过来，对距离和发射线强度的精确了解使研究人员能够可靠地测量星系中所含恒星的数量。其中三个星系因其恒星含量大而引人注目。
《自然》杂志的研究报告的合著者、巴斯大学物理系河外天文学Hiroko Sherwin 主席伍伊茨教授说：“在样本中发现三颗如此巨大的恒星提出了一个令人着迷的谜题。”
“星系演化过程中的许多过程都有引入限速步骤的趋势，限制气体转化为恒星的效率，但不知何故，这些红色怪物似乎迅速避开了大部分障碍。”
到目前为止，人们一直认为所有星系都是在巨大的暗物质晕中逐渐形成的。暗物质晕将气体（原子和分子）捕获到引力束缚结构中。通常，最多有 20% 的气体会转化为星系中的恒星。然而，新发现挑战了这种观点，揭示了早期宇宙中大质量星系的生长速度和效率可能远超之前的想象。
JWST 无与伦比的能力使天文学家能够系统地研究非常遥远和早期宇宙中的星系，从而深入了解质量巨大且被尘埃遮蔽的星系。通过分析 FRESCO 调查中包含的星系，科学家发现大多数星系都符合现有模型。然而，他们还发现了三个质量惊人的星系，其恒星质量与今天的银河系相当。
这些星系形成恒星的效率几乎是同一时期质量较低的星系或宇宙历史后期普通星系的两倍。由于尘埃含量高，这三个大星系在韦伯望远镜拍摄的图像中呈现出明显的红色，因此被称为“三个红色怪物”。
这项新研究的主要作者、日内瓦大学博士后研究员肖孟远博士表示：“我们的发现正在重塑我们对早期宇宙星系形成的理解。”
戴维·埃尔巴兹博士是法国原子能委员会巴黎-萨克雷分校的研究主任，也是该项目的合作者，他表示：“在韦伯望远镜发射之前，很难确定这些红色怪物的质量特性，因为它们因尘埃衰减而无法在光学上被看见。”
日内瓦大学天文系副教授、观测项目首席研究员帕斯卡·厄施(Pascal Oesch) 表示：“我们的研究结果凸显了 NIRCam/光栅光谱的强大功能。太空望远镜上的仪器使我们能够识别和研究星系随时间的生长，并更清楚地了解恒星质量在宇宙历史过程中如何积累。”
这些发现对星系形成理论提出了质疑，特别是早期宇宙中“太多、太重”星系的问题。
目前的模型可能需要考虑一些独特的过程，这些过程使得某些早期大质量星系能够实现如此高效的恒星形成，从而在宇宙的早期非常迅速地形成。未来使用韦伯望远镜和阿塔卡马大型毫米波阵列 (ALMA) 望远镜进行的观测将进一步深入了解这些超大质量的红色怪物，并揭示此类来源的更多样本。
肖博士说：“这些结果表明，早期宇宙中的星系可以以意想不到的效率形成恒星。随着我们更深入地研究这些星系，它们将为塑造宇宙早期时代的条件提供新的见解。红色怪物只是我们探索早期宇宙新时代的开始。”
伍伊茨教授补充道：“这正是天文学的伟大之处，我们不断被新发现所震惊。韦伯望远镜在运行的最初几年里就给我们带来了一些意想不到的惊喜。它以多种方式向我们展示了一些星系在宇宙历史的最初阶段迅速成熟。”
资料来源：
https://www.bath.ac.uk/announcements/astronomers-discover-mysterious-red-monster-galaxies-in-the-early-universe/