“青少年星系”異常熾熱，閃耀著意想不到的元素 _星系

來(lái)自23個(gè)遙遠(yuǎn)星系的光，在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡圖像的頂部用紅色矩形標(biāo)識(shí)，被組合起來(lái)捕捉來(lái)自8種不同元素的難以置信的微弱發(fā)射，這在底部的JWST光譜中被標(biāo)記。雖然科學(xué)家經(jīng)常在地球上發(fā)現(xiàn)這些元素，但天文學(xué)家很少在遙遠(yuǎn)的星系中觀察到它們。鳴謝:艾倫·m·蓋勒，西北大學(xué) ， CIERA + IT-RCDS
據(jù)西北大學(xué)：與人類(lèi)青少年相似，青少年星系也很笨拙，經(jīng)歷著快速增長(zhǎng)，喜歡重金屬——鎳。
西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)天體物理學(xué)家小組分析了CECILIA(星際極光中使用電離線(xiàn)約束的化學(xué)演化)調(diào)查的第一批結(jié)果，該計(jì)劃使用美國(guó)國(guó)家航空航天局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)研究遙遠(yuǎn)星系的化學(xué) 。
根據(jù)早期的結(jié)果，所謂的“青少年星系”——在大爆炸后20至30億年形成——異常炎熱，包含意想不到的元素，如鎳，這是眾所周知的難以觀察到的。
這項(xiàng)名為“CECILIA:z ~ 2-3恒星形成星系的微弱發(fā)射線(xiàn)光譜”的研究發(fā)表在11月20日的《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上。這是塞西莉亞調(diào)查的一系列研究中的第一個(gè) 。
“我們?cè)噲D了解星系在140億年的宇宙歷史中是如何成長(zhǎng)和變化的，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的西北大學(xué)的艾利森·斯特羅姆說(shuō) 。“利用JWST，我們的項(xiàng)目以青少年星系為目標(biāo)，當(dāng)時(shí)他們正經(jīng)歷著增長(zhǎng)和變化的混亂時(shí)期。青少年通常有一些經(jīng)歷，這些經(jīng)歷決定了他們進(jìn)入成年的軌跡。對(duì)于星系來(lái)說(shuō)，也是一樣的。”
作為塞西莉亞調(diào)查的主要調(diào)查者之一，斯特羅姆是西北大學(xué)溫伯格文理學(xué)院物理學(xué)和天文學(xué)助理教授，也是西北大學(xué)天體物理學(xué)跨學(xué)科探索和研究中心(CIERA)的成員。斯特羅姆和卡內(nèi)基天文臺(tái)的科學(xué)家格溫·魯?shù)瞎餐I(lǐng)導(dǎo)塞西莉亞調(diào)查。
“化學(xué)DNA”揭示了星系的形成
塞西莉亞天文臺(tái)以第一位獲得天文學(xué)博士學(xué)位的女性之一塞西莉亞·佩恩·加波施金的名字命名，觀測(cè)來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的光譜(或不同波長(zhǎng)的光量) 。斯特羅姆把星系的光譜比作它的“化學(xué)DNA” 。通過(guò)在星系的“青少年”時(shí)期檢查這些DNA，研究人員可以更好地了解它是如何成長(zhǎng)的，以及它將如何演變成一個(gè)更成熟的星系。
例如，天體物理學(xué)家仍然不明白為什么一些星系會(huì)出現(xiàn)“紅色和死亡”，而其他星系，如我們的銀河系，仍然在形成恒星。星系的光譜可以揭示其關(guān)鍵元素，如氧和硫，這為了解星系以前的行為和未來(lái)的行為提供了一個(gè)窗口。
“這些青少年時(shí)期真的很重要，因?yàn)檫@是成長(zhǎng)最多的時(shí)候，”斯特羅姆說(shuō) 。“通過(guò)研究這一點(diǎn)，我們可以開(kāi)始探索導(dǎo)致銀河系看起來(lái)像銀河系的物理學(xué)——以及為什么它可能看起來(lái)與鄰近的星系不同。”
在這項(xiàng)新的研究中，斯特羅姆和她的合作者在去年夏天使用JWST連續(xù)30個(gè)小時(shí)觀察了33個(gè)遙遠(yuǎn)的青少年星系。然后，他們將其中23個(gè)星系的光譜結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建了一幅合成圖。
“這洗掉了單個(gè)星系的細(xì)節(jié)，但讓我們對(duì)一個(gè)普通星系有了更好的了解。它還能讓我們看到更模糊的特征， ”斯特羅姆說(shuō) 。“這比我們用地面望遠(yuǎn)鏡從宇宙歷史的這個(gè)時(shí)期收集的任何光譜都要深刻和詳細(xì)得多。”
光譜驚喜
超深光譜揭示了八種不同的元素:氫、氦、氮、氧、硅、硫、氬和鎳。所有比氫和氦重的元素都在恒星內(nèi)部形成。因此，某些元素的存在提供了星系演化過(guò)程中恒星形成的信息。
雖然斯特羅姆預(yù)計(jì)會(huì)看到更輕的元素，但她對(duì)鎳的存在感到特別驚訝。鎳比鐵重，非常稀有，難以觀察。
“我做夢(mèng)也沒(méi)想到我們會(huì)看到鎳，”斯特羅姆說(shuō) 。“即使在附近的星系，人們也不會(huì)觀察到這一點(diǎn) 。一個(gè)星系中必須有足夠多的元素和合適的條件來(lái)觀察它。沒(méi)人說(shuō)過(guò)要觀察鎳。元素必須在氣體中發(fā)光，我們才能看到它們。因此，為了讓我們看到鎳，星系中的恒星可能有一些獨(dú)特的東西。”
另一個(gè)驚喜是:青少年星系非常熱。通過(guò)檢查光譜，物理學(xué)家可以計(jì)算出星系的溫度。雖然最熱的星系袋可以達(dá)到9700攝氏度(17492華氏度) ，但青少年星系的溫度高于13350攝氏度(24062華氏度) 。
“這只是星系在年輕時(shí)有多么不同的額外證據(jù)，”斯特羅姆說(shuō) 。“最終，我們看到更高特征溫度的事實(shí)只是它們不同化學(xué)DNA的另一種表現(xiàn)，因?yàn)樾窍抵袣怏w的溫度和化學(xué)性質(zhì)有著內(nèi)在的聯(lián)系。”
研究數(shù)據(jù)來(lái)自空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的米庫(kù)爾斯基空間望遠(yuǎn)鏡檔案館和W.M .凱克天文臺(tái) 。