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NASA发表-"怪兽星系"的黎明时间

作者:国太在无锡
NASA发表-"怪兽星系"的黎明时间

本文发表于2022年11月23日,天文学、地外生命、NASA、科学、太空

“我们在时间上迈出了一大步,超出了我们对哈勃望远镜的预期。我们看到GN-z11的时候,宇宙只有现在年龄的百分之三,”日内瓦大学的帕斯卡尔·奥施(Pascal Oesch)和宇宙黎明团队(Cosmic Dawn)的星系构建团队负责人对134亿年前星系的发现表示。相比之下,认为地球只有45亿年的历史是令人难以置信的。

时间黎明前银河系中的复杂生命?

这一发现突显了埃德温·哈博的观察,即天文学的历史是一部视野逐渐缩小的历史。

岩石行星可能是生命的必需品,但在一个非常年轻的宇宙中不太可能。”

当被问及在接近黎明的银河系中存在复杂生命的可能性时,沃什本大学的天体物理学家布莱恩·托马斯(Brian Thomas)回复了《每日银河》(The Daily Galaxy)的一封电子邮件:“首先,我的猜测是,岩石行星可能是生命的必需品,在一个没有高丰度重元素的非常年轻的宇宙中是不可能的(因为没有多少代恒星)。这不是不可能的,但比我们今天看到的更罕见。

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“第二,”托马斯继续说道,“我看到这个星系似乎有很多恒星形成。恒星形成的爆发之后,很快就会出现大量的超新星(SNe)。伽马射线暴(GRB)也很可能发生,而且可能比银河系更可能发生,因为低金属含量的星系和较高的GRB发生率之间存在明显的联系。SNe和GRB都对生命构成威胁。我猜测恒星密度可能相对较高(比如在银河系的中心部分),这使得行星更可能受到SNe和GRB的大量辐射。

“总的来说,”托马斯总结道,“我认为在这种环境下,复杂的生活的可能性不大。”

哈佛大学理论与计算研究所下属的佛罗里达理工学院的天体生物学家Manasvi Lingam在给《银河日报》的电子邮件中写道,这与托马斯的观点一致。“生命至少需要适宜居住的条件、溶剂(如水)、能源和生物要素。由于GN-z11年代久远,由于该时代恒星数量较少,适宜居住的行星数量可能较少。此外,地球生物所需的较重元素(如铁和钼)的可用性这是值得怀疑的,因为可能还没有出现足够多的超新星,并为行星注入了这些元素。”

“总的来说,”林厄姆总结道,“我认为,在那个时间点,该星系中生命的可能性相当低,特别是复杂的生命,这需要额外的要求(例如细胞分化)。因此,我们应该保持开放的心态,而不是完全排除其他可能性。”

这些结果揭示了关于早期宇宙性质的令人惊讶的新线索。加州大学圣克鲁斯分校的研究员加思·伊林沃思解释道:“令人惊讶的是,一个如此巨大的星系在第一批恒星开始形成后仅2亿至3亿年就存在了。要想这么快形成一个十亿太阳质量的星系,需要非常快的成长,以巨大的速度产生恒星。”。

此前,宇宙中最遥远的星系被称为EGS8p7,它的光在到达地球之前发生了8.63倍的红移,而132.4亿年前,宇宙只有5.73亿年,也就是现在年龄的4%。

大规模红移

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最新的记录保持者的光红移了11.1倍,这意味着光更古老:它是在134.4亿年前发出的,当时宇宙只有4.07亿年,或者比任何其他星系都更接近大爆炸。你不仅要非常熟练,而且要非常幸运地使用哈勃太空望远镜在这么远的时间里看到一个星系。

天文学家通过确定星系的“红移”来测量大距离。这种现象是宇宙膨胀的结果;宇宙中每一个遥远的物体似乎都在远离我们,因为当它穿过不断扩大的空间到达我们的望远镜时,它的光被拉长到更长、更红的波长。红移越大,星系越远。

通过将NASA的哈勃太空望远镜推向极限,一个国际天文学家团队通过测量宇宙中最远的星系打破了宇宙距离记录。这个被命名为GN-z11的令人惊讶的明亮新生星系,在过去被认为是134.4亿年,距离大爆炸仅40.7亿年。GN-z11位于大熊座的方向。

这部动画显示了GN-z11星系的位置,这是迄今为止所见最远的星系。视频首先定位北斗七星,然后显示大熊座。然后,它放大到GOOD North星系场,并以哈勃望远镜拍摄的年轻星系图像结束。GN-z11被显示为在过去1340亿年,在大爆炸后仅4070万年,当时宇宙只有现在年龄的百分之三。

该发现团队包括来自耶鲁大学、太空望远镜科学研究所(STScI)和加州大学的科学家。

天文学家继续接近宇宙中形成的第一批星系。哈勃望远镜的新观测将天文学家带入一个曾经被认为只有NASA即将推出的詹姆斯·韦伯太空望远镜才能到达的领域。

这项测量提供了强有力的证据,表明在哈勃图像中发现的一些不同寻常的、出乎意料的明亮星系确实距离非常远。此前,该团队曾通过哈勃望远镜和美国国家航空航天局的斯皮策太空望远镜成像来确定GN-z11的颜色,从而估计GN-z11距离。现在,该团队首次使用哈勃望远镜的宽视场照相机3,通过将光线分为不同的颜色,用光谱法精确测量到GN-z11的距离,这是对距离如此之远的星系的观测。

该研究的第二作者、STScI的加布里埃尔·布拉默说:“我们的光谱观测结果显示,该星系比我们最初想象的还要远,正好处于哈勃望远镜所能观测到的距离极限。”。

银河系始祖被发现

天文学家发现了距离地球110亿光年的另一个古老的宇宙神器:有史以来最古老的螺旋星系。这个新发现的星系,被称为A1689B11,是现代螺旋星系的祖先,就像我们自己的银河系一样,由气体、尘埃和恒星的长触手构成,这些触手环绕着星系的中央隆起。

普林斯顿大学高级研究天文学家岑仁岳(Renyue Cen)表示:“螺旋星系在早期宇宙中非常罕见,这一发现为研究星系如何从高度混乱、湍流的圆盘过渡到像我们银河系那样平静、薄的圆盘打开了大门。”。

在天文学家确定GN-z11的距离之前,光谱测量的最遥远的星系红移为8.68(过去为132亿年)。现在,该团队已经确认GN-z11处于11.1的红移,距离大爆炸近2亿年。

耶鲁大学的研究人员皮特·范·多库姆说:“这对哈勃来说是一项非凡的成就。它成功地打破了以往由更大的地面望远镜保持多年的所有距离记录。”。“这一新纪录可能会持续到詹姆斯·韦伯太空望远镜发射。”

哈勃望远镜和斯皮策望远镜的图像结合显示,GN-z11比银河系小25倍,恒星质量仅为银河系质量的1%。然而,新生的GN-z11正在快速成长,形成恒星的速度大约是我们银河系的20倍。这使得一个非常遥远的星系足够明亮,天文学家可以用哈勃望远镜和斯皮策望远镜找到并进行详细的观测。

这些发现为詹姆斯·韦伯太空望远镜将进行的观测提供了一个诱人的预览。Oesch说:“哈勃望远镜和斯皮策望远镜已经进入了韦伯的领地。”。

伊林沃思补充道:“这一新发现表明,韦伯望远镜肯定会发现许多这样的年轻星系,它们可以追溯到最初星系形成的时候。”。

Pascal Oesch告诉《每日银河报》:“GN-z11的发现证明,在大爆炸后约4亿年,星系的建立正在顺利进行。”。“然而,我们仍然对GN-z11的性质知之甚少。例如,它的一部分光度可能来自AGN。无论如何,我们的发现表明,在不久的将来,我们应该会发现许多类似GN-z11星系的祖先与JWST一起出现更高的红移,我们都在热切地等待它的发射和科学运作。”