大多數(shù)星系都形成于宇宙早期，我們的銀河系也不例外?？茖W(xué)家推測(cè)，銀河系可能是在宇宙早期由幾個(gè)矮星系碰撞形成的，這些矮星系形成于130億年前。因此，對(duì)于這些宇宙早期星系的研究，可幫助我們更好地了解銀河系的形成與演化。

10月27日，據(jù)國外媒體報(bào)道，一個(gè)國際研究小組利用阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠(yuǎn)鏡(ALMA)研究了118個(gè)遙遠(yuǎn)的星系，發(fā)現(xiàn)其中大約20%的星系中恒星發(fā)出的紫外線被塵埃所遮蔽，這就意味著，這些星系中包含著大量的塵埃和重元素，這一發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了此前的預(yù)期。

為何會(huì)有此現(xiàn)象?這些星系中的塵埃和重元素來自哪?此次發(fā)現(xiàn)是否意味著傳統(tǒng)理論需要改寫?帶著這些問題，科技日?qǐng)?bào)記者采訪了相關(guān)專家。

代代相傳的恒星“遺物”

科學(xué)家認(rèn)為，宇宙早期星系中缺乏大量塵埃和重元素。為何有此推測(cè)?這要從它們的“身世”說起。

“大爆炸之后宇宙中包含的元素主要是氫、氦以及少量的鋰元素。我們今天看到的各種更重的元素，主要是恒星演化和死亡的過程中產(chǎn)生并釋放到星際空間的。”中國科學(xué)院國家天文臺(tái)副研究員王嵐向記者表示。

第一代恒星死亡后，其生成的重元素散落在星際空間，在這其中誕生的下一代恒星便包含著這些重元素，并繼續(xù)生成新的重元素，就這么一代代傳遞下去，宇宙中的重元素也隨著時(shí)間的推移而不斷增加。

而恒星的誕生，并非是“勻速”的。上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院副研究員劉成則表示，此前觀測(cè)表明，在宇宙早期，物質(zhì)密度漲落較小，也缺乏恒星形成必需的冷氣體。隨著時(shí)間的推移，在引力作用下，暗物質(zhì)逐漸成團(tuán)，冷氣體也隨之聚集起來，才為恒星和星系的形成提供了條件，星系之間的相互碰撞也促使恒星形成率越來越高，并在宇宙大爆炸后約30億年的時(shí)候達(dá)到峰值。“這一時(shí)期也被稱為‘宇宙正午’(cosmic noon)，宇宙中一半左右的恒星和星系都是在這段時(shí)間內(nèi)形成的。”劉成則說。

恒星的爆發(fā)式增長的確會(huì)帶來大量塵埃和重元素。但在此之前，并沒有足夠的時(shí)間以及物質(zhì)基礎(chǔ)形成如此多的大質(zhì)量恒星，因此科學(xué)家推測(cè)宇宙早期星系中并不包含大量塵埃以及重元素。

“此前，天文學(xué)家也在高紅移星系中發(fā)現(xiàn)過大量塵埃，不過這種例子極其罕見。而此次研究卻發(fā)現(xiàn)了大量的此類星系，進(jìn)一步明確了大量塵埃和重元素可能在高紅移星系中存在。”劉成則補(bǔ)充道。

質(zhì)量越大的恒星壽命越短

“事實(shí)上，這在當(dāng)今宇宙中并不常見。”中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)助理研究員高揚(yáng)表示，此次研究結(jié)果揭示了宇宙早期星系中，恒星或經(jīng)歷了在短期內(nèi)快速生成及死亡的“生死時(shí)速”。

高揚(yáng)介紹說，在宇宙早期，由于塵埃比較少，輻射壓比較強(qiáng)，恒星本身需要更大的質(zhì)量來抵抗輻射壓，所以在此時(shí)期誕生的恒星其實(shí)更趨向于大質(zhì)量恒星。

在此前的一些研究中，科學(xué)家模擬出的第一代恒星就可能擁有巨大的質(zhì)量，大約在一百倍太陽質(zhì)量以上，質(zhì)量相對(duì)較小的第一代恒星甚至有可能成群形成。然而，受限于設(shè)備水平以及數(shù)據(jù)支撐，這些仍然僅限于理論模型預(yù)測(cè)，缺乏實(shí)際的觀測(cè)證據(jù)。

如果宇宙早期真的可以形成大質(zhì)量恒星，它們是否“心甘情愿”死亡，給星系帶來大量塵埃和重元素?

“事實(shí)上，恒星的壽命主要取決于質(zhì)量。質(zhì)量越大的恒星，壽命越短，甚至有的大質(zhì)量恒星，會(huì)在誕生后幾百萬年內(nèi)死亡。”高揚(yáng)表示，幾百萬年的時(shí)間聽起來雖然不短，但與宇宙約138億年的歷史相比，如彈指一揮間。

因此，宇宙早期星系的演化速度可能比我們預(yù)想的要快得多。如果此次研究結(jié)果能夠得以證實(shí)，對(duì)于研究宇宙早期星系的形成與演化具有重要意義。

王嵐表示，星系的形成和演化是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，這一研究領(lǐng)域一直在發(fā)展，理論模型也在不斷完善。此次研究結(jié)果是否能夠推動(dòng)星系演化模型的改進(jìn)，還需要更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)來支撐。

研究人員也表示，為了更多地了解這些遙遠(yuǎn)的星系，未來希望能夠通過ALMA對(duì)單個(gè)星系進(jìn)行更長時(shí)間的觀測(cè)，來確定這些塵埃在星系中的確切位置以及氣體是如何運(yùn)動(dòng)的;除此之外，還要把這些包含大量塵埃和重元素的星系與其他距離大致相同的星系進(jìn)行比較，來找出它們是否具有某些特殊之處。

關(guān)鍵詞： 遠(yuǎn)古星系 恒星經(jīng)歷