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天文学家用韦伯望远镜揭开宇宙最古老低质量星系的秘密

2024-3-2 28 3/2

罗格斯大学-新布朗斯维克分校的一位天文学家领导的研究小组利用美国国家航空航天局詹姆斯-韦伯太空望远镜收集的大量数据集,正在发掘早期宇宙中存在的条件的线索。据研究人员称,他们的研究小组对沃尔夫-伦德马克-梅洛特(WLM)星系中恒星的年龄进行了编目,构建出了迄今为止最详细的星系图。WLM星系是银河系的邻居,是一个活跃的恒星形成中心,其中包括130亿年前形成的古老恒星。

天文学家用韦伯望远镜揭开宇宙最古老低质量星系的秘密

罗格斯大学的天文学家利用詹姆斯-韦伯太空望远镜研究了沃尔夫-伦德马克-梅洛特星系,揭开了宇宙早期恒星形成的历史。他们的发现为星系如何演化以及温度在恒星形成中的作用提供了新的见解。资料来源:美国国家航空航天局

面向宇宙的“考古发掘”

艺术与科学学院物理与天文学系助理教授克里斯汀-麦奎恩(Kristen McQuinn)说:"通过如此深入的观察和如此清晰的观察,我们已经能够有效地回到过去,基本上是在进行一种考古挖掘,寻找宇宙历史早期形成的低质量恒星。"她领导的这项研究发表在《天体物理学报》。

McQuinn认为,罗格斯大学高级研究计算办公室管理的Amarel高性能计算集群使研究小组能够计算银河系的恒星发展史。这项研究的一个方面是将一次大规模计算重复600次。

她补充说,这项重大计算工作还有助于确认望远镜校准和数据处理程序,这将使更广泛的科学界受益。

天文学家用韦伯望远镜揭开宇宙最古老低质量星系的秘密

WLM星系部分区域的两幅景象,一幅由美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄(左),另一幅由詹姆斯-韦伯太空望远镜拍摄。图片来源:Science:NASA, ESA, CSA, IPAC, Kristen McQuinn (RU), Image Processing:Zolt G. Levay(STScI),Alyssa Pagan(STScI)

低质量星系的重要性

麦奎恩对所谓的"低质量"星系特别感兴趣。因为它们被认为是早期宇宙的主宰,研究人员可以利用它们来研究恒星的形成、化学元素的演化以及恒星形成对星系气体和结构的影响。它们很微弱,分布在天空中,构成了本地宇宙中的大多数星系。像韦伯望远镜这样先进的望远镜让科学家们能够近距离观察它们。

WLM是德国天文学家马克斯-沃尔夫(Max Wolf)于1909年发现的一个"不规则"星系,这意味着它不具有明显的形状,如螺旋形或椭圆形,瑞典天文学家克努特-伦德马克(Knut Lundmark)和英国天文学家菲力伯特-雅克-梅洛特(Philibert Jacques Melotte)于1926年对它进行了更详细的描述。它位于本星系群的外围,本星系群是一个哑铃状的星系群,其中包括银河系。

麦奎因指出,由于位于本星系群的边缘,WLM免受了与其他星系交融的破坏,使其恒星群处于原始状态,有利于研究。天文学家之所以对WLM感兴趣,还因为它是一个充满活力的复杂星系,拥有大量气体,能够积极地形成恒星。

WLM 银河系中的恒星形成

为了了解银河系恒星形成的历史--即恒星在宇宙不同时期的诞生速度,麦奎恩和她的团队利用这架望远镜煞费苦心地将包含成千上万颗恒星的天空区域归零。为了确定恒星的年龄,他们测量了恒星的颜色(代表温度)和亮度。

麦奎因说:"我们可以利用我们对恒星演化的了解,以及这些颜色和亮度所表明的情况,基本上确定星系恒星的年龄。"研究人员随后对不同年龄的恒星进行了计数,并绘制出了宇宙历史上恒星的诞生率。

以这种方式对恒星进行编目向研究人员表明,随着时间的推移,WLM 产生恒星的能力在起伏。研究小组的观测结果证实了科学家们早些时候利用哈勃太空望远镜所做的评估,这些观测结果表明,在宇宙历史的早期,该星系曾在30亿年的时间里产生过恒星。它停顿了一段时间,然后又重新点燃。

她相信这种停顿是由早期宇宙的特定条件造成的:"那时的宇宙真的很热。我们认为,宇宙的温度最终加热了这个星系中的气体,使恒星的形成一度停止。冷却期持续了几十亿年,然后恒星形成再次开始。"

这项研究是美国国家航空航天局"早期发布计划"的一部分,该计划指定科学家与太空望远镜科学研究所合作开展研究,旨在突出韦伯的能力,帮助天文学家为未来的观测做好准备。

美国国家航空航天局于 2021 年 12 月发射了韦伯望远镜。这个大型镜面仪器在距离地球一百万英里的地方围绕太阳运行。科学家们争先恐后地在望远镜上研究一系列课题,包括早期宇宙的状况、太阳系的历史以及系外行星的搜寻。

麦奎因说:"这项计划将产生许多尚未完成的科学成果。"

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