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古老的气体云显示最初的恒星一定很快就形成了

更新时间:2020-09-16 09:58点击:

  由马克斯·普朗克天文学研究所的爱德华多·巴纳多斯(EduardoBañados)领导的天文学家发现了一种气体云,其中包含有关银河系和恒星形成早期阶段的信息,而距离大爆炸仅8.5亿年。在遥远的类星体观测中偶然发现了云,它具有天文学家期望的现代矮星系前兆的特性。当谈到相对丰度时,云的化学令人惊讶地是现代的,这表明宇宙中的第一批恒星必须在大爆炸之后很快形成。该结果已发表在《天体物理学杂志》上。

古老的气体云显示最初的恒星一定很快就形成了

  当天文学家看着远处的物体时,他们必然会时光倒流。Bañados等人发现的气云。太遥远了,它的光花了将近130亿年才能到达我们。相反,现在到达我们的光告诉我们,大约在130亿年前,不超过大爆炸发生后的8.5亿年,气云的样子。对于天文学家来说,这是一个非常有趣的时代。在大爆炸之后的最初几亿年内,形成了第一批恒星和星系,但是这种复杂演化的细节仍然鲜为人知。

  这种非常遥远的气体云是一个偶然的发现。当时卡内基科学研究所的Bañados和他的同事正在对Chiara Mazzucchelli作为其博士学位的一部分准备的15个已知最遥远的类星体(z³6.5)的调查中的几个类星体进行跟进。 。马克斯·普朗克天文研究所的研究。起初,研究人员只是注意到类星体P183 + 05具有相当不寻常的频谱。但是当巴纳多斯分析了更详细的光谱时,该光谱是由智利拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜获得的,他意识到还有其他事情在发生:怪异的光谱特征是非常接近遥远类星体的气云的痕迹-天文学家尚未发现的最遥远的气体云之一。

  类星体是遥远星系中极其明亮的活跃核。它们的光度背后的驱动力是星系的中央超大质量黑洞。围绕该黑洞(坠入之前)的物质回旋加热到高达数十万度的温度,释放出大量的辐射。这使天文学家可以使用类星体作为背景源来检测吸收过程中的氢和其他化学元素:如果气体云直接位于观察者和遥远的类星体之间,则类星体的某些光将被吸收。

  天文学家可以通过研究类星体的光谱来检测这种吸收,也就是说,类星体的光会像彩虹一样分解成不同的波长区域。吸收模式包含有关气云的化学成分,温度,密度甚至与云距我们(和距类星体)的距离的信息。这背后的事实是,每个化学元素都有光谱线的“指纹”-窄波长区域,该元素的原子可以在其中很好地发射或吸收光。特征指纹的存在揭示了特定化学元素的存在和丰富。

  从气体云的光谱中,研究人员可以立即分辨出气体的距离,并且他们正在回顾宇宙历史的前十亿年。他们还发现了一些化学元素的痕迹,包括碳,氧,铁和镁。但是,这些元素的数量很少,大约是我们太阳大气中丰度的1/800倍。天文学家总结称所有元素比氦重“金属”。这种测量使气体云成为宇宙中已知金属最贫乏(和最遥远)的系统之一。卡内基科学研究所的迈克尔·劳奇(Michael Rauch)是这项新研究的合著者,他说:

  寻找第一代所谓的“人口III”恒星是重建宇宙历史的最重要目标之一。在后来的宇宙中,比氢重的化学元素在让气体云塌陷形成恒星方面起着重要作用。但是那些化学元素,特别是碳,本身是在恒星中产生的,并以超新星爆炸的形式抛入太空。对于第一批恒星,那些化学促进剂根本就不会在那里,因为紧接在大爆炸相之后,只有氢和氦原子。这就是使最初的恒星与所有后来的恒星根本不同的原因。

  分析表明,云的化学组成不是化学原始的,而是相对丰度出人意料地类似于当今星际气体云中观察到的化学丰度。较重元素的丰度比率非常接近现代宇宙中的比率。在很早的宇宙中这种气体云已经包含具有现代相对化学丰度的金属这一事实对第一代恒星的形成提出了关键挑战。

  这项研究表明,该系统中第一批恒星的形成必须早得多:至少再多一代恒星的爆炸已经消除了第一批恒星预期的化学产率。一个特殊的时间限制来自Ia型超新星,这是产生具有观察到的相对丰度的金属所需的宇宙爆炸。这样的超新星通常需要大约10亿年才能发生,这严重限制了首批恒星如何形成的任何情况。

  如今,天文学家已经发现了这一非常早期的云,他们正在系统地寻找其他示例。爱德华多·巴纳多斯(EduardoBañados)说:“令人兴奋的是,我们能够在宇宙历史的早期如此测量金属度和化学丰度,但是如果我们想确定第一批恒星的特征,就需要在宇宙历史的更早时进行探测。我们将发现更遥远的气体云,这可以帮助我们了解第一批恒星是如何诞生的。”


古老的气体云显示最初的恒星一定很快就形成了