作者:John Wise 来源:MNRAS 发布时间:2014-7-9 16:34:04
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早期宇宙性质或由最小星系决定

    模拟图片显示的气体宏观结构呈丝状和团状分布,红色区域表示被星系紫外光加热的地方。图片显示宇宙为7亿岁左右,视野跨度40万光年。

人们一直在探索大爆炸后不久早期宇宙的情况。一个来自佐治亚理工学院和圣地亚哥超级计算机中心的研究小组发现,早期宇宙的性质可以由那些最小星系决定。相关论文发表在最近出版的《皇家天文学会月评》杂志上。

在大爆炸后的短时期内,宇宙是离子化的(氢气被电离)。宇宙最终冷却下来,电子和质子开始结合形成中性氢原子,冷却下来的气体还形成了宇宙第一代恒星。大爆炸后最初的几百万年里并没有恒星,在这一“黑暗时代”,科学家不知道宇宙是怎样进化的。

但在宇宙10亿岁左右,被再一次完全离子化了。因为在它2亿岁时,恒星发出的紫外线(UV)辐射将氢分子再次分解为电子和质子,这一过程花了大约8亿年。这个“再离子化时代”标志着宇宙气体最近一次的大变化,当时的离子到今天仍有残留,已经超过120亿年。然而在此过程中,哪种星系最重要天文学家意见不一,大部分认为是大星系。

而新研究认为,人们还应该关注那些最小的星系。研究小组通过计算机模拟证明,早期宇宙中那些最小最微弱的星系也至关重要。据物理学家组织网7月8日(北京时间)报道,这些小星系的质量比银河系要小1000倍,体积小30倍左右,但在“再离子化”过程中却贡献了30%的紫外线。其他研究通常忽视了这些小“矮”星系,认为它们无法形成恒星。负责该研究的佐治亚理工大学教授约翰·维斯说:“事实上这些矮星系也能形成恒星,一般是在一次爆炸中形成,时间上约为大爆炸后5亿年。这些星系虽小却数量极多,‘再离子化’过程中它们‘贡献’的紫外线份额很不小。”

他们模拟了星际紫外线通过形成中星系内气体的光流情况,发现离子化的质子会逃逸到星系之间的空间去。在小星系中,这部分逃逸质子的比例达到50%(超过1000万个太阳的质量);而在大星系只有5%(3亿个太阳质量)。这些逃逸部分加上它们本身数量极多,在“再离子化”过程中扮演了必不可少的角色。

“紫外光要从星系中逃逸是很困难的,因为星系中充满了浓密气体。”维斯说,“而在小星系中,恒星间气体较少,紫外光逃逸更容易,不会被很快吸收。而且小星系中的超新星爆发也为紫外光打开了通道,让它们‘逃跑’更容易。”

研究小组表示,希望更多地了解这些微弱星系。下一代天文望远镜,如NASA计划于2018年发射的詹姆斯·韦伯望远镜投入使用后,可能会看到这些小星系。(来源:科技日报 常丽君)

 

 
 
 
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