宇宙《鬼城》:三個微小星系揭開古老宇宙的秘密
在其他星系影響範圍之外的罕見超微弱矮星系顯示了恆星形成在很久以前被扼殺的證據。研究人員利用DESI Legacy Imaging Surveys和雙子座南望遠鏡的數據,對螺旋星系NGC 300附近的三個超微弱矮星系進行了研究。 他們發現這些星系只包含非常古老的恆星,從而證實了這樣一種理論,即早期的宇宙事件破壞了最小星系中恆星的形成,從而阻止了它們的進一步生長。

天文學家利用DESI Legacy Imaging Surveys 和雙子座南望遠鏡的數據研究了三個超微弱矮星系。 這些星系位於螺旋星系NGC 300附近,存在於太空的一個偏遠區域,遠離較大天體的環境影響。 值得注意的是,它們只包含非常古老的恆星,這為早期宇宙事件停止了最小星系恆星形成的理論提供了支持。
孤立矮星系的發現
超微弱矮星係是宇宙中已知的最微弱的星系。 它們通常只容納幾百到一千顆恆星,與銀河系中的數千億顆恆星形成鮮明對比。 由於這些星系體積小、亮度低,它們往往不被注意,而是混雜在亮度較高的天體背景中。 因此,大多數超暗淡矮星系的發現都發生在銀河系附近,因為那裡更容易觀測到它們。
然而,研究這些附近的矮星係是一項挑戰。 銀河系的引力和熱日冕會帶走它們的氣體,改變它們的自然發展。 同時,位於更遠處的超暗矮星系會變得非常分散,以至於天文學家和傳統的探測方法都很難辨識它們。 因此,發現不受這些影響的孤立的超暗淡矮星系,對於了解它們的真實性質特別有價值。
這就是為什麼亞利桑那大學天文學家大衛-桑德(David Sand)需要進行人工肉眼搜索,才能發現位於螺旋星系NGC 300和玉夫座方向的三個微弱和超微弱矮星系。桑德回憶說:”那是在大流行病期間。我一邊看電視,一邊滾動瀏覽DESI遺留勘測瀏覽器,重點關注那些我知道以前沒有搜索過的天空區域。 就這樣隨意搜索了幾個小時,然後它們就突然出現了。
觀測進展與理論啟示
桑德揭示的圖像是為DECam遺產巡天(DECaLS)拍攝的,DECaLS是被稱為DESI遺產成像巡天的三項公開巡天之一,[1]聯合成像了14000平方度的天空,為正在進行的暗能量光譜儀(DESI)巡天提供目標。 DECals是使用美國能源部製造的5.7億像素暗能量相機(DECam)進行的,該相機安裝在智利Cerro Tololo美洲天文台(CTIO)的美國國家科學基金會(NSF)Víctor M. Blanco 4米望遠鏡上,是美國國家科學基金會NOIRLab的一個計畫。
論文中提到的玉夫座星係是在不受銀河系或其他大型結構影響的原始、孤立環境中發現的首批超微弱矮星系之一。 為了進一步研究這些星系,桑德和他的團隊使用了雙子座南望遠鏡,該望遠鏡是國際雙子座天文台的一半,由美國國家科學基金會提供部分資助,並由美國國家科學基金會NOIRLab 負責運作。 他們的研究成果發表在《天文物理學雜誌通訊》上的一篇論文中,並在馬裡蘭州國家港市舉行的美國科學院第245次會議的新聞發布會上進行了介紹。

玉夫座A
星星鬼城: 了解超微弱矮星系
雙子座南的雙子座多目標攝譜儀(GMOS)捕捉了這三個星系的精美細節。 對這些數據的分析表明,它們似乎沒有氣體,只含有非常古老的恆星,這表明它們的恆星形成在很久以前就被扼殺了。 這支持了現有的理論,即超微弱矮星係是恆星”鬼城”,恆星的形成在宇宙早期就被切斷了。
這正是天文學家對這種微小天體的期待。 氣體是凝聚和點燃新恆星聚變所需的關鍵原料。 但是,超微弱矮星系的引力太小,無法抓住這種至關重要的原料,當它們受到所處的動態宇宙的衝擊時,就很容易失去這種原料。

玉夫座B
但是玉夫座遠離任何較大的星系,這意味著它們的氣體不可能被巨大的鄰居移除。 另一種解釋是,在宇宙大爆炸後不久,高能量紫外線光子充斥整個宇宙,有可能沸騰掉最小星系中的氣體。 另一種可能是,矮星系中的一些最早的恆星經歷了高能量超新星爆炸,以每小時3500萬公里(約2000萬英里)的速度噴射出拋射物,並從內部把氣體擠出自己的宿主。

130 多億年前,在重離子時代,宇宙是一個非常不同的地方。 星系之間的氣體在很大程度上對高能量光不透明,因此很難觀測到年輕的星系。 是什麼讓宇宙變得完全電離,或者說完全透明,最終導致在今天的大部分宇宙中檢測到的”清晰”狀態? 圖片來源:NASA、ESA 和J. Kang(STScI)
如果是再電離造成的,那麼這些星系將為研究早期宇宙打開一扇窗。桑德解釋說:”我們不知道這種再電離效應有多強或有多均勻。這可能是由於再電離是零散的,並不是在所有地方都同時發生。我們已經發現了三個這樣的星系,但這還不夠。難用其他方法探測到的。

玉夫座C
“美國國家科學基金會國際雙子座天文台計畫主任馬丁-斯蒂爾(Martin Still)說:”再電離紀元有可能將當今所有星系的結構與宇宙學尺度上最早的結構形成聯繫起來。 DESI遺產巡天和雙子座的詳細後續觀測使科學家們能夠進行法醫考古,以了解宇宙的本質以及它是如何演化到目前的狀態的”。
為了加速尋找更多的超微弱矮星系,桑德和他的團隊正在利用玉夫座星系來訓練一個名為人工智慧的系統神經網絡,以識別更多的矮星系。 我們希望這項工具能夠自動化並加速發現,從而提供更廣泛的數據集,讓天文學家能夠從中得出更有力的結論。
註釋1.
DESI遺留成像巡天資料透過美國國家科學基金會NOIRLab社區科學與資料中心(CSDC)的Astro資料實驗室提供給天文學界。
編譯自/ ScitechDaily