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140亿前宇宙大爆炸残留的光,照亮了推动星系形成的神秘物质

Emma Chou

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由康奈尔大学和美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室领导的一个国际团队利用宇宙大爆炸的光,着手揭开了为星系形成提供燃料的物质的面纱。

“星系内恒星形成的不确定性是理论模型无法预测的。”第一作者、康奈尔大学艺术与科学学院天文学博士后研究员Stefania Amodeo(目前在法国斯特拉斯堡天文台进行研究)说,他,“通过这项工作,我们正在为星系形成模型提供测试,以理解星系和恒星的形成。”

这项研究题为“Atacama Cosmology Telescope: Modeling the Gas Thermodynamics in BOSS CMASS galaxies from Kinematic and Thermal Sunyaev-Zel'dovich Measurements”,发表在3月15日的《物理评论D》(Physical Review D)上。

原始星系总是充满气体,当它们冷却时,星系就开始形成,资深作者、康奈尔大学天文学助理教授Nick Battaglia说,“如果我们仅仅粗略计算,气体应该会变成恒星。”他说,“但并非如此。”

Battaglia说,星系在制造恒星时是效率很低。“在任何给定的星系中,大约10%的气体——最多10%——会变成恒星。”他解释道,“我们想知道原因。”

科学家们现在可以通过观察微波观测数据和应用20世纪70年代的数学方程来检验长期以来的理论工作和模拟。他们调查了来自阿塔卡马宇宙学望远镜(ACT)的数据,该望远镜观察了大爆炸充满静态的宇宙微波背景辐射(CMB),并寻找苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应(Sunyaev-Zel'dovich effect)。这些数据的结合使科学家们能够绘制出周围的物质,这些物质表明了星系在不同阶段的形成。

 “星系是如何在我们的宇宙中形成和演化的?”Battaglia说,“鉴于天文学的本质,我们不能坐下来观察星系的演化。我们使用各种望远镜拍摄的星系快照——每个星系都有自己的进化过程——然后我们试着把这些信息拼凑在一起。由此,我们可以推断银河系的形成。”

实际上,科学家们正在利用宇宙微波背景——大爆炸的残余——作为一个140亿年前的背光屏幕来寻找星系周围的这种物质。

“这就像钞票上的水印。”合著者、劳伦斯伯克利国家实验室的张伯伦博士后研究员Emmanuel Schaan说, “如果你把它放在背光前,水印就会出现阴影。对我们来说,背光就是宇宙微波背景。它可以从后面照亮气体,所以当CMB光穿过气体时,我们可以看到阴影。”

 “我们正在从星系中心的距离测量这些星系物质,这是以前从未做过的。” Battaglia说,“这些新的观察正在推动这个领域的发展。”

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

https://phys.org/news/2021-03-ancient-illuminates-fuels-galaxy-formation.html

https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.103.063514


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