小恒星让早期宇宙的解释变得更困难

09-14 22:28 来自北京

小恒星增加早期宇宙形成机制解释难度

一个由研究人员组成的国际团队，包括宾夕法尼亚州立大学的物理学家，利用美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯韦布空间望远镜研究了九个巨大的成熟星系，这些星系在数十亿年前就停止了恒星形成。基于它们的光谱，天文学家们确定这些星系可能包含比之前认为的多得多的相对较小的恒星。图片来源：克洛伊程

隐藏在早期大质量星系内部的暗星表明，一些星系的恒星质量可能比之前估计的多几倍。

宇宙中一些最早形成的大质量星系可能隐藏着比天文学家之前认为的多得多的恒星质量。它们最亮的恒星主导着望远镜能观测到的景象，但新的测量结果显示，大量小型、暗淡的恒星隐藏在这种强光之下，这表明这些星系可能比之前估计的要重得多。这项由宾夕法尼亚州立大学科学家参与研究的成果挑战了关于首批星系如何形成的现有观点，并最近发表在《自然天文学》杂志上。

一个国际研究团队利用美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST），并结合此前甚大望远镜在地面进行的观测，对九个数十亿年前就停止恒星形成的巨大成熟星系展开了研究。通过整合这些观测数据，研究人员首次得以可靠地估算出处于如此遥远距离的星系中微小暗淡恒星和大得多的明亮恒星的相对数量。

“这些星系与众不同，”宾夕法尼亚州立大学KeikoMiwaRoss博士职业中期天文学与天体物理学副教授、该论文合著者Joel Leja表示，“它们的不同之处实在难以理解，因为它们的质量比我们预期的要大得多——非常非常大，比预期质量高出三到四倍。”

暗淡恒星揭示隐藏的星系质量

为了发现那些暗淡的恒星群体，天文学家将每个星系的光分解成光谱，光谱中颜色的细微差异可以揭示存在哪些类型的恒星。大质量、高亮度的恒星通常在这些光谱中占主导地位，使得暗淡得多的低质量恒星的特征难以分离。宾夕法尼亚州立大学的研究人员在对星系系统探测到的光进行建模方面贡献了专业知识。

“如果把星系比作一座城市，那么最亮的恒星就像是从远处一眼就能看到的摩天大楼，”莱顿大学刚毕业的博士生、主要作者克洛伊程说。“我们的模型表明，大量的低质量恒星被那些罕见的亮星所掩盖，就像隐藏在摩天大楼之间的房屋一样。因此，这个星系的质量比之前估计的要大得多。”

常见的明星组合并不成立

天文学家传统上通过假设恒星在整个宇宙中大致以相同比例形成，来估算小而暗的恒星中所含的不可见质量。新的测量结果对这一假设提出了挑战。它们表明，早期宇宙中最大质量的星系所含低质量恒星的比例，比银河系等质量较小的星系要大得多。莱顿大学博士生、论文合著者马尔杰斯洛布表示，样本中有一个星系尤为突出。它可能在宇宙大爆炸发生后不到15亿年就已形成，其质量可能是此前估计的四倍之多。

“直到最近，像这样的测量根本是不可能的，”斯洛布说，“我们不仅需要一台能够放大非常遥远星系的望远镜，还需要质量极高的光谱以及新的分析技术，才能可靠地探测到隐藏在这些宇宙巨物中的微弱低质量恒星的微妙特征。”

莱亚说，这一发现对于理解早期宇宙的尝试具有重大意义。自从詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）开始运行以来，天文学家已经发现了一些出乎意料地巨大且成熟的星系，这些星系在宇宙大爆炸后不久就已经存在。

额外质量加深了早期宇宙的谜题

这一发现对我们理解早期宇宙具有至关重要的意义，同样隶属于宾夕法尼亚州立大学计算与数据科学研究所的莱贾说，自詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）发射以来，天文学家发现了一些在大爆炸后不久就已存在、质量大得惊人且相当成熟的星系。人们认为，这些早期星系会演变成这项研究中所考察的那类星系；为这些形成于早期的大质量星系添加上多达四倍的恒星，会进一步加剧这些矛盾。

如果这些星系包含的低质量恒星数量远多于之前所认知的，那么它们的总恒星质量可能也被低估了。研究人员表示，因此星系形成模型必须解释如此庞大的小恒星群体是如何在宇宙历史的早期形成的。

“这一结果表明，隐藏在低质量恒星中的质量比之前认为的要多得多，”领导这项研究并担任莱顿天文台河外天文学教授的玛丽斯卡克里克说，“这对天文学的许多领域都有影响。例如，由于许多行星围绕低质量恒星运行，这甚至可能表明，早期宇宙中形成的行星比我们之前假设的要多。”

在接下来的几年里，研究人员计划将同样的方法应用于更早期的星系，从而使他们更接近宇宙第一代恒星和星系出现的时期。

参考文献10。1038s41550026029324