天文學家發現早期星系違反了恆星形成的「宇宙規則」
文：莫心海
太空網2023年9月25日報導，天文學家藉助韋伯太空望遠鏡（JWST）發現早期宇宙中的星系是宇宙規則的破壞者。
為了發現這些宇宙違法行為的真相，一組天文學家使用JWST回溯120億年前，觀察星系以及它們在宇宙歷史中遵循的規則。研究人員發現，同一套規則在120億年內盛行，將恆星誕生率、星系質量和化學成分聯繫起來。但這些規則只適用於從現在追溯到120億年以前，而最早的星系違背了這些規則。
韋伯望遠鏡所看到的早期宇宙中打破規則的星系。 （圖片來源：NASA/ESA/JWST）
西澳大利亞大學副教授克勞迪婭·拉戈斯（Claudia Lagos）在一份聲明中說： 「這就像星系有一本需要遵循的規則手冊，但令人驚訝的是，這本宇宙規則手冊似乎在宇宙的嬰兒期經歷了戲劇性的改寫。」最令人驚訝的發現是，古代星系產生的重元素比我們根據後來形成的星系所知所預測的要少得多。」
當宇宙最初開始形成第一批恆星和星系時，它充滿了氫和氦——這兩種最輕的元素——迄今為止，前者是最主要的。 只有少量較重的元素（天文學家稱之為「金屬」）存在，直到第一代恆星在其心臟中鍛造它們，然後在生命結束時通過超新星爆炸將它們分散到宇宙中。
這種材料最終融于下一代恆星中，這意味著這些恆星以及它們所在的星系具有更高濃度的金屬——一種稱為「金屬丰度」的衡量標準。按照天文學家的觀測，這種金屬富集的過程在整個 138 億年的宇宙歷史中一直持續著，這意味著早期星系的金屬丰度確實低於現代星系的金屬丰度。 但即使考慮到這一點，研究小組發現早期星系的金屬丰度仍然遠低於天文學家的理論預期。
拉各斯繼續說道：「根據在後來的星系中觀察到的基本金屬丰度關係，它們的化學丰度大約比預期低四倍。」他解釋說，研究小組觀察到的早期星系帶來了更多的驚喜。
研究小組認為，這種差異可能存在，因為大爆炸後幾億年的星系仍然可能與星系間介質（存在於星系之間的纖細的熱氣體和塵埃）密切相關。
拉各斯總結道：「早期星系不斷從周圍環境接收新的原始氣體，氣體的流入稀釋了星系內部的重元素，使它們的濃度降低。」
因此，該團隊的發現可能會挑戰當前的星系演化模型以及促進第一個星系發展的機制。
該研究發表在 9 月 21 日的《自然》雜誌上。
參考資料：
https://www.space.com/james-webb-space-telescope-early-galaxies-cosmic-rulebook
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來源:正見網