意想不到的化学反应揭示了宇宙恒星工厂的秘密秘密

瑞典查尔姆斯理工大学领导的一组科学家对早期宇宙中的两个星系进行了研究，其中两个星系拥有极其高效的恒星工厂。使用强大的望远镜来分裂星系当将光分解成各种颜色时，科学家们惊讶地发现了来自许多不同分子的光——比以前在如此距离观察到的光要多。研究人员相信，这样的研究可能会彻底改变我们对宇宙年轻时最活跃星系生命的理解。

当宇宙年轻时，星系与今天庄严的螺旋星系有很大不同，后者充满了柔和闪耀的太阳和色彩缤纷的气体云。新恒星的诞生速度比当今宇宙快数百倍。

然而，其中大部分都隐藏在厚厚的尘埃层后面，这给科学家们发现这些明星工厂带来了挑战。秘密——直到现在。通过使用强大的望远镜研究可见的最遥远的星系，天文学家可以一睹这些工厂如何成功地创造出如此多的恒星。

一项新的研究发表在期刊上天文学与物理学天体物理学是查尔默斯天文学家杨辰涛领导的一个科学家小组，他们使用法国NOEMA(北方扩展毫米波阵列)望远镜来了解更多有关这些早期恒星工厂如何成功创造出如此多恒星的信息。星星。杨和他的同事测量了早期宇宙中两个发光星系的光，其中一个被归类为类星体，并且都具有很高的恒星形成率。

“我们知道这些星系是巨大的恒星工厂，也许是宇宙所见过的最大的恒星工厂之一。为了了解它们的工作原理，我们测量了波长一毫米左右的光，希望能收集到新的线索。”杨辰涛说。

事实证明，测量的成功程度超出了科学家的预期。期望。根据他们从两个星系记录的光线，他们识别出了许多不同种类分子的痕迹。在这些星系深处，气体和尘埃云以多种不同波长发出光，新恒星诞生于其中。

“这是令人惊叹的色彩爆发，其色调是人眼无法看到的。但通过将我们的观察与物理和化学知识相结合，我们可以理解颜色的含义，并了解不同星系之间存在哪些差异。”欧洲南方天文台(ESO)和智利ALMA联合天文台的天文学家、研究小组成员塞尔吉奥·马丁(SergioMartín)解释道。

通过分析每个星系的光谱(其光的各个颜色)，科学家们能够识别出13个分子，其中一些分子以前从未在如此遥远的星系中见过。每个分子都提供了有关恒星之间空间的温度、压力和密度以及星光、辐射和物质如何相互作用的不同线索，从而提供了有关这些星系中物理和化学条件的关键新信息。

“解释信号是一个挑战。我们看到了在附近星系中很难观察到的部分电磁频谱。但由于宇宙的膨胀，来自像这样的遥远星系的光被转移到更长的波长，我们可以用亚毫米级射电望远镜观测到，”杨辰涛说。

更像是一座霓虹闪烁的城市，而不是星空下的夜晚

该团队研究的两个星系相距甚远，它们的光需要近130亿年才能到达我们。

“观看这些星系不太像星空下的夜晚，而更像是看到一座霓虹灯照亮的城市，”查尔默斯天文学家兼团队成员苏珊娜·阿尔托说道。

她解释说，天文学家习惯于拍摄银河系恒星工厂的照片，例如猎户座星云和船底座星云。

在这两个遥远的星系中，我们看到的恒星工厂更大、更亮、充满尘埃，而且在很多方面都不同。猎户座星云和船底座星云因炽热的新生恒星发出的紫外线而被照亮。在这两个遥远的星系中，紫外线无法穿过尘埃层。相反，大部分照明是由于宇宙射线——恒星爆炸或超大质量黑洞附近产生的高能粒子。”苏珊娜·阿尔托说。

来自两个遥远星系的光显示出许多不同分子的迹象。这些图中的尖峰(称为谱线)告诉天文学家有关发出光的气体云的信息。横轴表示光的波长和频率;纵轴表示相对亮度。为了清晰起见，顶部频谱已向上移动。该图以红色显示星系NCv1.143，以紫色显示APM08279+5255。图片来源：ChentaoYang等人。

虽然像这两个星系很罕见，但科学家们计划使用NOEMA及其更大的姊妹望远镜——智利的ALMA(阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列)来研究更多的星系。两台望远镜都对波长约为一毫米的光敏感。

“我们的结果表明，NOEMA凭借其宽带接收器和强大的相关器计算机，如何为研究北方天空中的极端星系开辟了新的机会。从南半球来看，ALMA计划的宽带灵敏度升级将提供更令人兴奋的前景。早期宇宙中最引人注目的星系终于能够通过它们的分子讲述它们的故事，”法国国家科学研究中心和法国索邦大学的天文学家皮埃尔·考克斯说道。

更多有关研究成果的信息：

已在星际空间中检测到一百多种不同的分子。在这项研究中，天文学家鉴定出了一氧化碳(CO)、氰基(CN)、乙炔基(CCH)、氰化氢分子(HCN)、甲酰基阳离子(HCO+)、异氰化氢(HNC)、一硫化碳(CS)、水(H2O)，水合氢离子(H3O+)、一氧化氮(NO)、二氮烯鎓(N2H+)、亚甲基(CH)和亚环丙烯基(c-C3H2)。其中几个(CH、CCH、c-C3H2、N2H+和H3O+)以前从未在如此远的距离上见过。

研究中的两个星系的目录号为APM08279+5255和NCv1.143。之前的研究表明，它们距离我们如此遥远，以至于它们的光已经向我们传播了近130亿年，分别对应于3.911和3.565的红移。红移意味着宇宙的膨胀将来自遥远星系的光拉伸到更长的波长，可以用射电望远镜观测到。

尽管距离遥远，星系在射电波长下仍发出明亮的光芒。由于光路沿线的其他星系团，它们的信号被放大——这种效应被称为引力透镜效应。其中一个星系，APM08279+5255，也是一个类星体，这个星系的中心从无线电波到X射线一直发出明亮的光，这是由于围绕超大质量黑洞旋转的物质。NCv1.143还可能包含一个中心黑洞。

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