一項研究報告指出,一些最早形成的星系就位於銀河系附近,迄今已經形成超過130億年,幾乎和宇宙歷史一樣長。它們在大爆炸之後一億年開始形成,其中包括最先照亮宇宙的恆星。該研究結果發表在8月16日的《天體物理學雜誌》上。

這一發現打開了一扇窗,展示了130億年前宇宙的樣子。我們的銀河系是宇宙中數十億的星系之一。這些龐大的星系中充滿了恆星和行星,它們在較小的物質相互碰撞合併時形成。

就像找到第一批人類遺骸 令人興奮

研究報告的共同作者英國杜倫大學的弗倫克(Carlos Frenk)教授說:「在圍繞銀河系的軌道中發現最古老的星系,就像找到第一批地球人類的遺骸,非常令人興奮。」

主要作者美國哈佛-史密森尼天體物理中心的波士(Sownak Bose)博士說:「一些小衛星可能多達50%甚至90%的物質是在宇宙形成不到10億年的時候產生的。到今天它們的年齡已有130億歲。」

天文學家研究了圍繞銀河系和其鄰居仙女座運行的小衛星星系的「光度函數」。光度體現了天體源頭每秒輻射的總能量,由此找到了豐富的星系。研究發現,該數據與現有星系形成的模型非常吻合,使科學家能夠推斷出衛星星系的形成時間。

光度函數 推出衛星形成時間

當研究人員根據它們的光度函數繪製星系時,將星系分成兩種。

第一批星系似乎是在「宇宙黑暗時代」形成的,這是一個冷卻階段,在大爆炸後大約38萬年時開始並持續了1億年。在宇宙黑暗時代,宇宙中形成第一批原子。這些是氫原子,是元素周期表中最簡單的元素。氫原子聚集成雲,然後開始冷卻。這些氫雲沈澱在大爆炸中出現的暗物質團塊中。暗物質既不會反射也不會發出可見光,但它佔宇宙中所有物質的85%。

這個被稱為「宇宙黑暗時代」的冷卻階段持續了大約1億年。最終,在雲層內冷卻的氣體開始形成恆星,這些天體成為有史以來首批形成的星系。

第二批由稍微明亮的星系組成,似乎在第一批星系數億年之後形成。兩批星系群如此不同的原因是第一批星系發出強烈的紫外線輻射,電離破壞了氫原子,使這種氣體很難冷卻並形成新的恆星。結果是,星系形成的過程停止了,沒有新的星系能夠在接下來的10億年左右形成。

當吸收了沈降氣體的暗物質團塊變得如此巨大,以至於即使電離氣體也能夠冷卻下來時,星系形成得以恢復,產生了壯觀的明亮星系,其中之一是我們的銀河系。

此前,天文學家已觀測到最古老的恆星和星系,但是在非常遠的距離。現在是在銀河系附近發現了矮星系軌道衛星。這些星系中有些包含不到一千顆恆星,因此儘管它們非常接近但是很難跟蹤。到目前為止,已知只有大約50顆這樣的衛星。天文學家從矮星系的光度和星星數量可研究年齡和形成起因。矮星系Segue-1、Bootes-1、Tucana II和Ursa Major I的歷史應該超過130億年了。◇

 

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