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韋伯太空望遠探索宇宙初生星系的奧秘
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡最近探索了接近宇宙誕生之時的星系﹐其中之一是極度明亮的星系GN-z11。這個星系存在於我們138億歲的宇宙中﹐僅約4.3億歲時。它是迄今觀察到的最年輕和最遙遠的星系之一﹐同時也是最神秘的之一。
研究團隊利用韋伯望遠鏡對GN-z11進行了研究﹐發現這個遙遠星系存在著星族Ⅲ恆星(「星族I」為宇宙中最年輕一代的恆星﹐太陽即屬於星族Ⅰ。「星族Ⅲ」則是宇宙中最古老的第一代恆星)。這些難以捉摸的宇宙第一代恆星被視為宇宙帶來光明的恆星﹐純粹由氫和氦組成。儘管此前從未明確檢測到這類恆星﹐但天文學家知道它們必然存在。
現在﹐藉由韋伯望遠鏡﹐我們對於第一代恆星的發現似乎更加接近了。研究人員觀察到GN-z11周圍的氣體團﹐發現其中只有氫氣和氦氣﹐沒有其他任何東西﹐這表明這個氣體團必須相當原始。這與理論和模擬對於宇宙早期特別大質量星系附近的預期一致﹐即星系周圍應該存在著原始氣體團﹐這些氣體團可能坍縮形成星族Ⅲ﹐即宇宙第一代恆星。
找到從未見過的星族Ⅲ是現代天文學最重要的目標之一。這些恆星預計會非常大質量、非常明亮且非常熱。預期它們的特徵是存在游離的氦並且不存在比氦更重的化學元素。第一代恆星和星系的形成標誌著宇宙歷史上的一個基本轉變﹐宇宙從一個黑暗且相對簡單的狀態進化為我們今天看到的高度結構化和複雜元素的環境。
這張來自韋伯太空望遠鏡的近紅外攝影機所拍攝的影像顯示了GOODS-North星系場的一部分。影像中除了上方有六角光芒的為恆星外﹐其他都是星系。在右下方﹐放大顯示了星系GN-z11﹐這是一個在大霹靂後僅約4.3億年時的星系。
另一方面﹐根據韋伯的觀測﹐GN-z11中心擁有一個充滿活力的超大質量黑洞﹐正在快速地吸積物質。這個發現使這個黑洞成為迄今為止觀測到的最遙遠的活躍超大質量黑洞。原因是GN-z11中心普遍存在極度密集的氣體並且觀察到游離態的化學元素的跡象。此外﹐GN-z11正在排出非常強大的風(在地表上﹐風是指空氣的流動。而在宇宙中﹐風是指星際介質的流動)﹐這種高速風通常由充滿活力的吸積超大質量黑洞相關的過程驅動。綜合起來﹐這些證據表明GN-z11擁有一個質量為200萬太陽質量的超大質量黑洞﹐處於非常活躍的吞噬物質階段﹐這就是它如此明亮的原因。
在未來的韋伯觀測中﹐研究團隊將更深入地探索GN-z11﹐並希望能揭開宇宙第一代恆星形成的過程。
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