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首次观测到早期星系的缓慢自旋
指南者留学 2022-07-01 11:40:51
阅读量：1389
根据剑桥大学研究人员参与的一项新研究，在宇宙最早的几年中观察到的最遥远的已知星系之一，似乎以不到今天银河系四分之一的速度旋转。
对于这项发表在《天体物理学快报》上的研究，一个国际研究小组分析了来自MACS1149-JD1（JD1）星系的数据，这些数据来自阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）的观测，这是智利射电望远镜的一个组件。
银河系是如此遥远，以至于它的光来自宇宙只有5.5亿年历史的时代 - 占其现在年龄的4%。
由早稻田大学的Tsuyoshi Tokuoka领导的研究人员发现，光的波长存在细微变化，表明银河系的某些部分正在远离我们，而其他部分正在向我们移动。从这些变化中，他们得出结论，这个星系是圆盘形的，以每秒50公里的速度旋转。相比之下，银河系在太阳的位置，今天以每秒220公里的速度旋转。
从星系的大小和自转的速度，研究人员能够推断出它的质量，这反过来又使他们能够确认它可能有3亿年的历史，因此在大爆炸后约2.5亿年形成。
“这是迄今为止我们能够探测到星系自旋的最远的时间，”合著者伦敦大学学院（UCL）的Richard Ellis教授说。“它使我们能够绘制超过96%宇宙历史的旋转星系的发展 - 最初开始缓慢的旋转，但随着宇宙的老化而变得更加迅速。
“这些测量结果支持我们早期的发现，即这个星系已经建立，可能在大爆炸后约2.5亿年形成。在宇宙时间尺度上，我们看到它在恒星首次点亮宇宙后不久旋转。
“我们的发现揭示了星系在早期宇宙中是如何演化的，”剑桥大学卡夫利宇宙学研究所的合著者Nicolas Laporte博士说。“我们看到，在大质量分子云凝聚并融合成恒星3亿年后，银河系盘已经发展，星系已经获得了形状和旋转。
“确定遥远的星系是否在旋转是非常具有挑战性的，因为它们只出现在天空中的小点，”来自东京早稻田大学的合著者Akio K. Inoue教授说，“我们的新发现要归功于两个月的观测和通过结合ALMA天文台的54台射电望远镜实现的高分辨率。
星系离地球越远，它似乎离我们越快。当远离的物体发出的光向更长的波长移动（“红移”）时，这意味着我们可以从红移的程度计算它们的距离，进而计算它们的年龄。
过去的研究发现，JD1的红移是9.1，这意味着我们看到的是宇宙5.5亿年前。在最新的研究中，研究小组挑选出整个星系红移的变化，表明星系远离我们的速度存在差异，这意味着相对而言，一侧正在移开，而另一侧正在靠近。
从新的观测结果中，研究小组得出结论，JD1只有3000光年（相比之下，银河系直径为10万光年），其总质量相当于太阳质量的10-20亿倍。
这个质量与银河系大约3亿年的历史一致，其中大部分质量来自在银河系生命开始时形成的成熟恒星。
这一发现支持了来自同一研究人员的早期证据，他们在去年发表的一篇论文中提出了JD1的相同年龄估计，使用基于不同频率下光亮度的不同技术。他们确定了包括JD1在内的六个星系的年龄，得出的结论是，宇宙黎明 - 恒星首次点亮宇宙的时刻 - 发生在大爆炸后2亿至3亿年。
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