來(lái)自許多不同分子的光揭示了遙遠(yuǎn)星球工廠的秘密。該圖顯示了在遙遠(yuǎn)的學(xué)揭星工星系NCv1.143中發(fā)現(xiàn)的分子，疊加在附近宇宙中一個(gè)類似星系的示宇圖像上——NGC 572——由哈勃望遠(yuǎn)鏡在可見光下拍攝。鳴謝:uux.cn/歐空局/哈勃，宙恒美國(guó)國(guó)家航空航天局，秘密L. HoJmol(分子)；卡明斯(蒙太奇)。意想
（神秘的學(xué)揭星工地球uux.cn）據(jù)查爾姆斯理工大學(xué)：由瑞典查爾姆斯理工大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家小組對(duì)早期宇宙中的兩個(gè)星系進(jìn)行了研究，這兩個(gè)星系包含了極其多產(chǎn)的示宇恒星工廠。使用強(qiáng)大的宙恒望遠(yuǎn)鏡將星系的光分成單獨(dú)的顏色，科學(xué)家們驚訝地發(fā)現(xiàn)了來(lái)自許多不同分子的秘密光——比以前在如此距離上看到的更多。研究人員認(rèn)為，意想像這樣的學(xué)揭星工研究可能會(huì)徹底改變我們對(duì)宇宙年輕時(shí)最活躍的星系生命的理解。
當(dāng)宇宙年輕時(shí)，示宇星系與今天莊嚴(yán)的宙恒螺旋星系非常不同，后者充滿了柔和閃耀的秘密太陽(yáng)和彩色氣體云。新恒星誕生的速度比今天的宇宙快幾百倍。
然而，這其中的大部分都隱藏在厚厚的灰塵層后面，這使得科學(xué)家們很難發(fā)現(xiàn)這些恒星工廠的秘密——直到現(xiàn)在。通過(guò)用強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡研究可見的最遙遠(yuǎn)的星系，天文學(xué)家可以瞥見這些工廠是如何設(shè)法創(chuàng)造出如此多的恒星的。
在一項(xiàng)發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志上的新研究中，由Chalmers天文學(xué)家楊領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)家小組使用了法國(guó)NOEMA(北方擴(kuò)展毫米陣列)的望遠(yuǎn)鏡，以了解這些早期恒星工廠如何創(chuàng)造出如此多的恒星。楊和他的同事測(cè)量了早期宇宙中兩個(gè)發(fā)光星系的光，其中一個(gè)被歸類為類星體，兩個(gè)星系都有很高的恒星形成率。
“我們知道這些星系是巨大的恒星工廠，也許是宇宙有史以來(lái)最大的。為了能夠發(fā)現(xiàn)它們是如何工作的，我們測(cè)量了波長(zhǎng)約為1毫米的光，希望收集新的線索，”楊說(shuō)。

NOEMA清除了APM 08279+5255和NCv1.143的圖像，這些圖像是通過(guò)對(duì)最高頻率調(diào)諧(w18eb003和s18dc003)的所有USB通道進(jìn)行平均而獲得的可視性。等高線級(jí)別從5σ開始，以10σ的增量增加。顏色條和輪廓的單位是任意的，其值代表調(diào)諧的整個(gè)USB上的積分通量。學(xué)分:uux.cn/天文學(xué)與天體物理學(xué)(2023)。DOI:10.1051/0004-6361/202347610
遙遠(yuǎn)星系中戲劇性的化學(xué)反應(yīng)讓天文學(xué)家興奮不已
測(cè)量結(jié)果證明是成功的，超出了科學(xué)家的預(yù)期。在他們記錄的來(lái)自兩個(gè)星系的光中，他們發(fā)現(xiàn)了許多不同種類分子的痕跡。從這些星系深處，新恒星誕生的氣體和塵埃云發(fā)出許多不同波長(zhǎng)的光。
“這是一種驚人的色彩爆發(fā)，在人眼看不到的陰影中。但是，通過(guò)將我們的觀察與我們的物理和化學(xué)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，我們可以理解顏色的含義，并看到不同星系之間的差異，”研究小組成員、歐洲南方天文臺(tái)和智利聯(lián)合阿爾瑪天文臺(tái)的天文學(xué)家塞爾吉奧·馬丁解釋說(shuō)。
通過(guò)分析每個(gè)星系的光譜——它們的光的單獨(dú)顏色——科學(xué)家們能夠識(shí)別13種分子，其中幾種在如此遙遠(yuǎn)的星系中從未見過(guò)。每個(gè)分子都提供了關(guān)于恒星之間空間的溫度、壓力和密度以及星光、輻射和物質(zhì)如何相互作用的不同線索——提供了關(guān)于這些星系中物理和化學(xué)條件的關(guān)鍵新信息。
“解讀這些信號(hào)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。我們看到了在附近星系中很難觀察到的部分電磁波譜。但由于宇宙的膨脹，像這樣來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的光被轉(zhuǎn)移到更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，我們可以用亞毫米射電望遠(yuǎn)鏡觀察到，”楊說(shuō)。

來(lái)自許多不同分子的光揭示了遙遠(yuǎn)星球工廠的秘密。該圖顯示了在遙遠(yuǎn)的星系A(chǔ)PM 08279+5255中發(fā)現(xiàn)的分子，疊加在哈勃望遠(yuǎn)鏡在可見光下拍攝的附近宇宙中類似星系IC 5063的圖像上。這兩個(gè)星系的中心都有一個(gè)活躍的超大質(zhì)量黑洞。鳴謝:uux.cn/美國(guó)國(guó)家航空航天局、歐空局和w . p . mak sym(CfA)；Jmol(分子)；卡明(蒙太奇)
更像一個(gè)霓虹閃爍的城市，而不是星空下的夜晚
該團(tuán)隊(duì)研究的兩個(gè)星系非常遙遠(yuǎn)，它們的光需要差不多130億年才能到達(dá)我們這里。
“觀察這些星系不像是在星空下的夜晚，更像是看到一個(gè)被霓虹燈點(diǎn)亮的城市，”查爾莫斯天文學(xué)家兼團(tuán)隊(duì)成員蘇珊·阿爾托說(shuō)。
她解釋說(shuō)，天文學(xué)家習(xí)慣于拍攝我們星系的恒星工廠，如獵戶座星云和船底座星云。
“在這兩個(gè)遙遠(yuǎn)的星系中，我們反而看到了更大、更亮、充滿塵埃、在許多方面都不同的恒星工廠。獵戶座和船底座星云被熾熱新生恒星發(fā)出的紫外線照亮。在這兩個(gè)遙遠(yuǎn)的星系中，紫外線無(wú)法穿過(guò)塵埃層。蘇珊·阿爾托說(shuō):“相反，大部分照明是由于宇宙射線——爆炸的恒星或接近超大質(zhì)量黑洞時(shí)產(chǎn)生的高能粒子。”

來(lái)自兩個(gè)遙遠(yuǎn)星系的光顯示了許多不同分子的跡象。這些圖中的尖峰被稱為譜線，告訴天文學(xué)家關(guān)于發(fā)出光的氣體云。橫軸表示光的波長(zhǎng)和頻率；垂直軸顯示相對(duì)亮度。為了清晰起見，頂部光譜已經(jīng)上移。紅色部分顯示的是星系NCv1.143，紫色部分顯示的是APM 08279+5255。鳴謝:uux.cn/楊等。
早期宇宙中的星系現(xiàn)在可以講述它們的故事
雖然像這兩個(gè)星系這樣的星系很少見，但科學(xué)家們計(jì)劃利用NOEMA和它更大的姐妹望遠(yuǎn)鏡，智利的ALMA(阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列)來(lái)研究更多的星系。兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡都對(duì)波長(zhǎng)約1毫米的光敏感。
“我們的結(jié)果表明，NOEMA憑借其寬帶接收器和強(qiáng)大的相關(guān)器計(jì)算機(jī)，為研究像這些位于北方天空的極端星系開辟了新的機(jī)會(huì)。從南半球來(lái)看，ALMA計(jì)劃的寬帶靈敏度升級(jí)將提供更令人興奮的前景。早期宇宙中最引人注目的星系終于能夠通過(guò)它們的分子講述它們的故事，”法國(guó)CNRS和索邦大學(xué)的天文學(xué)家Pierre Cox說(shuō)。關(guān)于研究結(jié)果的更多信息:
在星際空間中已經(jīng)探測(cè)到一百多種不同的分子。在這項(xiàng)研究中，天文學(xué)家確定了一氧化碳(CO)、氰基(CN)、乙炔基(CCH)、氰化氫(HCN)、甲酰陽(yáng)離子(HCO+)、異氰氫(HNC)、一硫化碳(CS)、水(H2O)、水合氫離子(H3O+)、一氧化氮(no)、二氮鎓(N2H+)、次甲基(CH)和環(huán)丙烯(c-C3H2)的分子。其中幾個(gè)(甲烷、CCH、碳C3H2、N2H+和H3O+)以前從未在如此大的距離上見過(guò)。
研究中的兩個(gè)星系的星表編號(hào)為APM 08279+5255和NCv1.143。之前的研究表明，它們非常遙遠(yuǎn)，它們的光已經(jīng)向我們傳播了近130億年，分別對(duì)應(yīng)3.911和3.565的紅移。紅移意味著宇宙的膨脹將來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的光拉伸到更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，這可以用射電望遠(yuǎn)鏡觀察到。
盡管距離遙遠(yuǎn)，但這些星系在無(wú)線電波長(zhǎng)下依然光芒四射。它們的信號(hào)被放大，這要?dú)w功于位于光路徑上的其他星系團(tuán)——一種被稱為引力透鏡的效應(yīng)。其中一個(gè)星系A(chǔ)PM 08279+5255也是一個(gè)類星體，由于圍繞超大質(zhì)量黑洞旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)，這個(gè)星系的中心從無(wú)線電波到X射線都發(fā)出明亮的光。NCv1.143也可能包含一個(gè)中央黑洞。