【正見新聞網2024年11月20日】
據英國巴斯大學2024年11月13日報導，由日內瓦大學 (UNIGE) 領導、包括巴斯大學教授斯蒂恩·伍伊茨(Stijn Wuyts)在內的國際團隊發現了三個超大質量星系——每個星系的質量都幾乎與銀河系一樣大——它們是在所謂的大爆炸後的第一個十億年內形成的。
研究人員的研究結果表明，早期宇宙中恆星的形成比以前認為的要高效得多，這對現有的星系形成模型甚至大爆炸理論本身提出了挑戰。
韋伯望遠鏡拍攝到的三個紅色星系。圖片來源：NASA/CSA/ESA/M. Xiao/PA Oesch（日內瓦大學)/G. Brammer(尼爾斯玻爾研究所)/Dawn JWST 檔案
這一令人驚訝的發現發表在《自然》雜誌上，是由韋伯望遠鏡（JWST）作為 JWST FRESCO 計劃的一部分做出的。
該項目旨在系統分析宇宙大爆炸最初十億年內發射線星系 (ELG) 的完整樣本。ELG 在其光譜中表現出強烈的發射線（光譜是發射光的不同波長範圍）。這些發射線在特定波長下呈現為亮線，在光譜較暗的背景下顯得格外突出。
發射線的存在使團隊能夠準確地確定樣本中星系的距離。反過來，對距離和發射線強度的精確了解使研究人員能夠可靠地測量星系中所含恆星的數量。其中三個星系因其恆星含量大而引人注目。
《自然》雜誌的研究報告的合著者、巴斯大學物理系河外天文學Hiroko Sherwin 主席伍伊茨教授說：「在樣本中發現三顆如此巨大的恆星提出了一個令人著迷的謎題。」
「星系演化過程中的許多過程都有引入限速步驟的趨勢，限制氣體轉化為恆星的效率，但不知何故，這些紅色怪物似乎迅速避開了大部分障礙。」
到目前為止，人們一直認為所有星系都是在巨大的暗物質暈中逐漸形成的。暗物質暈將氣體（原子和分子）捕獲到引力束縛結構中。通常，最多有 20% 的氣體會轉化為星系中的恆星。然而，新發現挑戰了這種觀點，揭示了早期宇宙中大質量星系的生長速度和效率可能遠超之前的想像。
JWST 無與倫比的能力使天文學家能夠系統地研究非常遙遠和早期宇宙中的星系，從而深入了解質量巨大且被塵埃遮蔽的星系。通過分析 FRESCO 調查中包含的星系，科學家發現大多數星系都符合現有模型。然而，他們還發現了三個質量驚人的星系，其恆星質量與今天的銀河系相當。
這些星系形成恆星的效率幾乎是同一時期質量較低的星系或宇宙歷史後期普通星系的兩倍。由於塵埃含量高，這三個大星系在韋伯望遠鏡拍攝的圖像中呈現出明顯的紅色，因此被稱為「三個紅色怪物」。
這項新研究的主要作者、日內瓦大學博士後研究員肖孟遠博士表示：「我們的發現正在重塑我們對早期宇宙星系形成的理解。」
戴維·埃爾巴茲博士是法國原子能委員會巴黎-薩克雷分校的研究主任，也是該項目的合作者，他表示：「在韋伯望遠鏡發射之前，很難確定這些紅色怪物的質量特性，因為它們因塵埃衰減而無法在光學上被看見。」
日內瓦大學天文系副教授、觀測項目首席研究員帕斯卡·厄施(Pascal Oesch) 表示：「我們的研究結果凸顯了 NIRCam/光柵光譜的強大功能。太空望遠鏡上的儀器使我們能夠識別和研究星系隨時間的生長，並更清楚地了解恆星質量在宇宙歷史過程中如何積累。」
這些發現對星系形成理論提出了質疑，特別是早期宇宙中「太多、太重」星系的問題。
目前的模型可能需要考慮一些獨特的過程，這些過程使得某些早期大質量星系能夠實現如此高效的恆星形成，從而在宇宙的早期非常迅速地形成。未來使用韋伯望遠鏡和阿塔卡馬大型毫米波陣列 (ALMA) 望遠鏡進行的觀測將進一步深入了解這些超大質量的紅色怪物，並揭示此類來源的更多樣本。
肖博士說：「這些結果表明，早期宇宙中的星系可以以意想不到的效率形成恆星。隨著我們更深入地研究這些星系，它們將為塑造宇宙早期時代的條件提供新的見解。紅色怪物只是我們探索早期宇宙新時代的開始。」
伍伊茨教授補充道：「這正是天文學的偉大之處，我們不斷被新發現所震驚。韋伯望遠鏡在運行的最初幾年裡就給我們帶來了一些意想不到的驚喜。它以多種方式向我們展示了一些星系在宇宙歷史的最初階段迅速成熟。」
資料來源：
https://www.bath.ac.uk/announcements/astronomers-discover-mysterious-red-monster-galaxies-in-the-early-universe/