天文學(xué)家利用詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了迄今為止所見最遙遠(yuǎn)的靜止星系——該星系在宇宙大爆炸后僅 7 億年就停止了恒星形成。這對現(xiàn)有的星系演化模型提出了挑戰(zhàn)，因為這些模型無法解釋如此巨大的“紅色死亡”星系如何如此早地形成。

這個名為 RUBIES-UDS-QG-z7 的星系將超過 100 億個太陽質(zhì)量壓縮到一個只有 650 光年寬的空間中，這表明當(dāng)今巨型橢圓星系的致密核心可能形成得非常早。

在早期宇宙中，星系通過從周圍的星系間介質(zhì)中吸收氣體并將這些氣體轉(zhuǎn)化為新恒星而生長。隨著星系質(zhì)量的增加，它可以更有效地吸引氣體，從而加速恒星的形成。但這種增長不會永遠(yuǎn)持續(xù)下去。最終，星系會經(jīng)歷一個稱為“淬滅”的過程，在此過程中，它們停止形成恒星并實際上停止生長。

如今，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，宇宙中大約有一半星系不再形成恒星。這些星系被稱為靜止星系、熄滅星系或“紅色死亡星系”。它們之所以呈現(xiàn)紅色，是因為它們已經(jīng)耗盡了年輕、熾熱、藍(lán)色的恒星，只留下年老、較冷、微紅色的恒星。

JWST/NIRSpec 拍攝的三個光譜疊加在 JWST/NIRCam 拍攝的圖像上，JWST/NIRCam 是詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡上的兩個儀器。記錄星系顯示在中間。它在圖像中顯示為紅色，其光譜向左（短波長）減小。為了進(jìn)行比較，頂部和底部的光譜（藍(lán)色和紫色）顯示了宇宙歷史中相似時期的典型恒星形成星系。來源：NASA/CSA/ESA、A. Weibel、PA Oesch（日內(nèi)瓦大學(xué)）、RUBIES 團(tuán)隊：A. de Graaff（MPIA Heidelberg）、G. Brammer（Niels Bohr 研究所）、DAWN JWST 檔案

靜止星系在質(zhì)量最大的星系中尤其常見，這些星系通常呈橢圓形。這些星系通常需要很長時間才能形成，首先積累大量恒星群，然后恒星形成停止。然而，究竟是什么原因?qū)е滦窍迪缛匀皇翘祗w物理學(xué)中最大的懸而未決的問題之一。

“在早期宇宙中尋找第一批大質(zhì)量靜止星系 (MQG) 至關(guān)重要，因為它能揭示它們可能的形成機(jī)制，”日內(nèi)瓦大學(xué)科學(xué)學(xué)院天文系副教授、論文合著者 Pascal Oesch 表示。因此，尋找這樣的系統(tǒng)多年來一直是天文學(xué)家的主要目標(biāo)。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，尤其是近紅外光譜技術(shù)的發(fā)展，天文學(xué)家在越來越早的宇宙時代證實了大質(zhì)量靜止星系 (MQG)。它們推斷的豐度一直難以與星系形成的理論模型相協(xié)調(diào)，因為理論模型預(yù)測此類系統(tǒng)需要更長的時間才能形成。借助詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡 (JWST)，這種緊張關(guān)系被推至紅移 5（大爆炸后 12 億年），近年來已證實了幾個 MQG。日內(nèi)瓦大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的新研究表明，這些星系的形成時間比之前認(rèn)為的更早、更快。

在 JWST 第 2 周期中，廣域計劃 RUBIES（紅色未知數(shù)：亮紅外河外星系調(diào)查）是歐洲主導(dǎo)的最大的使用 NIRSpec 儀器進(jìn)行河外星系研究的項目之一，它已經(jīng)獲得了數(shù)千個星系的光譜觀測數(shù)據(jù)，包括從早期 JWST 成像數(shù)據(jù)中新發(fā)現(xiàn)的數(shù)百個源。

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡 (JWST) 徹底改變了我們對早期宇宙的看法，揭示了巨大的星系在宇宙大爆炸后僅 7 億年就已停止形成恒星——比預(yù)測的要早得多。其強(qiáng)大的紅外能力使天文學(xué)家能夠在創(chuàng)紀(jì)錄的距離探測和研究這些意外“死亡”的星系。圖片來源：諾斯羅普·格魯曼

在這些新光譜中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了迄今為止發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的 MQG，其光譜紅移為 7.29，距離大爆炸僅約 7 億年。NIRSpec/PRISM 光譜揭示了如此年輕的宇宙中恒星群的驚人古老。光譜和圖像數(shù)據(jù)的詳細(xì)建模表明，該星系在大爆炸后的前 6 億年內(nèi)形成了超過 100 億（10 10）太陽質(zhì)量的恒星，然后迅速停止恒星形成，從而證實了其靜止性質(zhì)。

“這個名為 RUBIES-UDS-QG-z7 的星系的發(fā)現(xiàn)意味著，宇宙誕生后的前 10 億年中，巨大的靜止星系數(shù)量比迄今為止任何模型預(yù)測的數(shù)量多 100 多倍，”日內(nèi)瓦大學(xué)理學(xué)院天文系博士生、論文第一作者 Andrea Weibel 說道。這反過來又表明，理論模型中的關(guān)鍵因素（例如恒星風(fēng)的影響，以及由恒星形成和巨大黑洞驅(qū)動的流出強(qiáng)度）可能需要重新審視。星系的消亡比這些模型預(yù)測的要早得多。

最后，RUBIES-UDS-QG-z7 的物理尺寸很小，僅為約 650 光年，這意味著恒星質(zhì)量密度很高，與紅移稍低的靜止星系（z ~2-5）中觀測到的最高中心密度相當(dāng)。這些星系很可能演變成當(dāng)?shù)赜钪嬷凶罟爬稀①|(zhì)量最大的橢圓星系的核心。

“RUBIES-UDS-QG-z7 的發(fā)現(xiàn)首次提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，證明一些附近的大質(zhì)量橢圓星系的中心可能早在宇宙誕生的最初幾億年就已經(jīng)存在，”RUBIES 項目首席研究員、海德堡馬克斯普朗克天文研究所博士后研究員兼論文第二作者安娜德格拉夫 (Anna de Graaff) 總結(jié)道。

編譯自/ScitechDaily