美国宇航局/欧空局哈勃太空望远镜的最新结果表明,早期宇宙中第一批恒星星系的形成比之前认为的要早。欧洲天文学家还没有发现第一代恒星的证据,也就是所谓的星族Ⅲ,那时宇宙只有5亿年的历史

探索最早的星系仍然是现代天文学的重大挑战。我们不知道宇宙中最初的恒星和星系是何时或如何形成的。这些问题可以通过哈勃太空望远镜的深度成像观测来解决。哈勃望远镜可以让天文学家将宇宙回溯到大爆炸5亿年内。

美国宇航局/欧空局哈勃太空望远镜的最新结果表明,早期宇宙中第一批恒星和星系的形成比之前认为的要早。欧洲天文学家小组没有发现第一代恒星的证据,也就是第三代恒星,那时宇宙还不到10亿年。这个艺术家的印象呈现了早期的宇宙。
来源:ESA/Hubble, M. Kornmesser and NASA

由欧洲航天局的Rachana Bhatawdekar领导的一个欧洲研究小组,开始研究宇宙早期的第一代恒星。作为星族Ⅲ,这些恒星是由大爆炸产生的原始物质锻造而成。另一种解释则是恒星必须完全由氢、氦和锂组成,在这些恒星的核心过程中,只有氢、氦和锂这些元素才能产生更重的元素,比如氧、氮、碳和铁。

Bhatawdekar和她的团队用哈勃太空望远镜(支持数据来自NASA的斯皮策太空望远镜和欧洲南方天文台的地面超大望远镜)研究了大爆炸5亿到10亿年后的早期宇宙。“在这个宇宙时间间隔内,我们没有发现第一代恒星(星族Ⅲ)存在的证据,”Bhatawdekar谈到新结果时说。

作为哈勃前沿领域计划的一部分,这一结果是利用哈勃太空望远镜的宽视场照相机3和高级巡天照相机完成的。这个项目(从2012年到2017年观测了6个遥远的星系团)对星系团和位于其后的星系进行了有史以来最深入的观测,并通过引力透镜效应对其进行了放大,因此发现的星系比以前观测到的要暗10到100倍。前景星系团的质量足够大,可以弯曲和放大来自它们后面较远物体的光。这允许哈勃望远镜使用这些宇宙放大镜来研究超出其正常操作能力的物体。

Bhatawdekar和她的团队开发了一种新技术,可以移除构成这些引力透镜的明亮前景星系的光线。这使他们能够发现质量比以前哈勃观测到的质量更低的星系,其距离对应于宇宙还不到十亿年的时间。在宇宙时间的这个点上,缺乏外来恒星群的证据和对许多低质量星系的识别,支持了这些星系最有可能成为宇宙再电离的候选星系的说法。在早期宇宙中,这段再电离时期是中性的星系间介质被第一批恒星和星系电离的时期。

这张由美国宇航局/欧洲航天局哈勃太空望远镜拍摄的照片显示了MACS J0416星系团。这是哈勃前沿领域项目正在研究的六个星系团之一,该项目拍摄了迄今为止最深的引力透镜图像。科学家利用星系团内的光(蓝色可见)来研究暗物质在星系团内的分布。
来源:NASA, ESA and M. Montes (University of New South Wales)

“这些结果具有深远的天体物理学意义,因为它们表明星系的形成肯定比我们想象的要早得多。”Bhatawdekar说,“这也有力地支持了早期宇宙中低质量/暗淡星系导致再电离的观点。”

这些结果还表明,恒星和星系最早的形成比哈勃太空望远镜能探测到的要早得多。这为NASA/ESA/CSA即将推出的詹姆斯韦伯太空望远镜留下了一个令人兴奋的进一步研究领域——研究宇宙最早的星系。

这些结果是基于Bhatawdekar等人2019年发表的一篇论文,以及即将出版的《皇家天文学会月报》上的一篇论文。这些结果也在美国天文学会第236次会议的新闻发布会上公布。

这项研究的欧洲天文学家团队由R. Bhatawdekar和C.J. Conselice组成。

哈勃太空望远镜是NASA和ESA之间国际合作的项目。NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。巴尔的摩的太空望远镜科学研究所(STScI)进行哈勃望远镜的科学运作。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/hubble-makes-surprising-find-in-early-universe

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