天文学家在非常早期的宇宙中发现令人惊讶的成熟星系

艺术家描绘的早期宇宙中的星系非常尘土飞扬，并显示出旋转支撑盘的最初迹象。在此图像中，红色表示气体，蓝色/棕色表示灰尘，如使用ALMA的无线电波所见。根据来自VLT和斯巴鲁的光学数据，在背景中还可以看到许多其他星系。

在早期宇宙中，庞大的星系已经比以前预期的成熟得多。这是一个国际天文学家团队的结论，该团队使用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列（ALMA）研究了遥远的星系。该结果现在由国家射电天文台发布。

哥本哈根大学尼尔斯·波尔研究所的宇宙黎明中心的研究人员参加了该项目，博士后藤本征司（Seiji Fujimoto）解释了这样的目标：“为了了解宇宙中星系形成和演化的初始阶段，我们对遥远的星系进行了首次大型多波长调查。我们没想到会找到如此成熟的星系，而这一新信息使我们现在能够绘制出更清晰的宇宙早期平均状况的图景。”

在非常年轻的宇宙中银河系意外成熟

大多数星系是在宇宙还很小的时候形成的。我们自己的银河系可能在138亿年前的宇宙中开始形成136亿年前。当宇宙仅占其当前年龄的百分之十（大爆炸之后的1-15亿年）时，大多数星系都经历了“增长突增”。在这段时间里，它们积累了大部分恒星质量和其他特性，而尘埃，金属含量以及它们的螺旋盘形状就是我们今天在银河系中看到的。因此，如果我们想学习像我们的银河系这样的星系是如何形成的，那么研究这个时代是很重要的。

在ALPINE调查中，ALMA获得了更加一致的星系人口图

当星系包含大量的尘埃和重元素（金属）时，它们被认为更为成熟，因为尘埃和金属是垂死恒星的副产品。但是早期宇宙中的星系还没有足够的时间来建造恒星，更不用说看到它们寿命的尽头了，所以天文学家团队并不期望看到太多的尘埃或金属。尽管如此，事实确实如此，事实证明，这比在ALPINE项目（ALMA早期研究C +的大型计划）中观察到的星系种群中的特殊情况更为“日常”。 。藤本诚司解释了这一点的重要性：“有时，如果我们希望观察的整个星系都被尘埃所遮盖，那么使用光学望远镜–使用可见光进行观测的望远镜，我们将无法获得所需的信息。但是，有了ALMA，这是一种通过不可见的更长波长进行观测的射电望远镜，我们可以看到“尘埃和金属气体的面纱”。

在此过程中，ALMA还发现了新的令人惊讶的发现

ALMA不仅可以获取每个星系的图像，还可以查看金属气体在单个星系中的运动方式。因为预计形成相星系的运动非常混乱，所以金属气体运动告诉我们有关星系成熟度的一些信息。事实证明，尽管许多星系正在碰撞，但研究小组还发现其中一些正在有序旋转且没有碰撞迹象，令人惊讶的是，研究小组甚至发现了一个被巨大旋转金属气体包围的星系。超过恒星分布。这可能意味着，由于超新星爆炸或高能射流以及超大质量黑洞的辐射，金属气体以扭曲的运动被推离了银河系，但是经过足够的时间后，它形成了有序的旋转盘。

在早期的宇宙中什么可以被认为是“正常的”？

这些结果使调查得出有关所观测星系的正常性的结论。

藤本征司（Seiji Fujimoto）解释了对标准条件的追求，如下所示：“这次，我们根据金属和尘埃信息研究了星系，这是我们从以前的观测中无法获得的。基于对银河系的全面了解，我们专注于获取早期宇宙中所谓的正常图片，该图片可以自动同时定义不寻常的事物并允许我们识别独特的物体。正常情况将帮助我们更好地确定宇宙的演化。实际上，宇宙学理论家将需要这些新信息来从理论上更准确地描述宇宙的发展。此外，我们可能会通过与众不同的物体来学习新的宇宙学事件或星系中的物理机制。这项研究将有助于我们对我们所属于的宇宙有基本的了解。”

现在，天文学家希望将ALMA指向单个星系更长的时间，以回答进一步的问题，例如尘埃和金属在哪里以及它们如何移动。如果在环境中有特殊情况而形成了意想不到的成熟星系，则在相似距离下比较粉尘/金属富集星系和贫金属星系之间的这些特性可能会有所回答。

有关此研究的更多信息：

早期宇宙中的“增长突增”：婴儿宇宙中的星系出人意料地成熟首次对遥远星系进行的大规模调查为天体物理学家带来了惊喜

参考：O. LeFèvre，M。Béthermin，A。Faisst，GC Jones，P。，“ ALPINE-ALMA [CII]调查– 4 <z <6时118个恒星形成星系的调查策略，观察和样本特性”。 Capak，P.Cassata，JD Silverman，D.Schaerer，L.Yan，R.Amorin，S.Bardelli，M.Boquien，A.Cimatti，M.Dessauges-Zavadsky，M.Giavalisco，NP Hathi，Y.Fudamoto S.藤本，M。吉诺菲，C。格鲁皮奥尼，S。黑马蒂，E。伊巴尔，A.Koekemoer，Y。库萨诺瓦，G。拉加奇，不列颠哥伦比亚省勒莫，F。洛亚科诺，R。马奥利诺，C。曼奇尼，D。纳拉亚南，L。Morselli，HugoMéndez-Hernàndez，PA Oesch，F。Pozzi，M.Romano，D.Riechers，N.Scoville，M.Talia，LAM Tasca，R.Thomas，S.Toft，L.Vallini，D。 Vergani，F.Walter，G.Zamorani和E.Zucca，2020年10月27日，《天文学与天体物理学》。
10.1051/0004-6361/201936965