已知宇宙的边缘,一个怪异的星系,挑战着人类的认知

魅力科学君 2024-10-15 19:08:19

根据一项近日发表在《皇家天文学会月刊》上的研究,天文学家发现一个怪异的星系,它的存在动摇了我们对宇宙早期星系演化的理解,挑战着人类的认知。下面我们就来看看这具体是怎么回事。

这个被称为“Rebels-25”的怪异星系,是由位于智利阿塔卡马沙漠的“阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列”(ALMA)发现的,该系统由数十个高精度射电望远镜组成,能够捕捉到来自宇宙深处的微弱信号,进而帮助我们更好地了解那些遥远的星系。

观测数据表明,“Rebels-25”星系位于已知宇宙的边缘区域,其宇宙学红移值为7.31,根据天文学家的测算,它是一个非常古老的星系,存在于宇宙大爆炸后大约7亿年的时期,只不过由于光速的限制,它在当时发出的光现在才抵达地球,进而被我们观测到。

根据目前的星系形成理论,早期宇宙的星系应该是“小而混乱”的,它们是主要由气体和尘埃组成的小型星系,并未形成稳定的结构,其内部的物质会以不规则的方式运动,而在引力的作用下,早期宇宙中的这些星系之间通常还会发生频繁的碰撞与融合,最终才会逐渐演化为拥有复杂结构的稳定星系。

实际上,在过去的观测中,早期宇宙的星系都遵循着这一规律,所以天文学家认为,“Rebels-25”星系也应该是“小而混乱”的,然而实际情况却并非如此,因为观测数据表明,这个星系的质量达到了太阳质量的大约80亿倍,虽然它的质量比银河系小得多,但在宇宙的早期阶段,这样的质量却已经高得令人觉得不可思议。

更怪异的是,“Rebels-25”星系还具备了高水平的有序度,天文学家发现,这个星系内部的气体和恒星都在围绕星系中心规律地旋转,形成了一个稳定的盘状结构,而进一步观测结果表明,这个星系很可能还拥有旋臂和中心棒状结构,而这样的很特征,就使它与银河系非常相似。

(↑天文学家观测到的“Rebels-25”星系中的冷气体的运动,蓝色表示朝向地球的运动,红色表示远离地球的运动,颜色越深表示运动速度越快,在这种情况下,图像的红蓝分界线就可以清楚地表明该星系正在旋转)

为什么说它怪异呢?这是因为从理论上来讲,要形成类似银河系这样的旋涡星系,至少需要20亿至30亿年的时间。

简单来讲就是,旋涡星系的形成涉及一系列的极为耗时的物理过程,例如在星系形成之初,气体和尘埃通过引力作用逐渐聚集,此后,星系内部的物质必须经过长期的动力学演化,包括气体的冷却、恒星形成、角动量的积累与转移等,而星系的旋涡结构一般都需要通过多次的星系碰撞、并合和物质吸积的过程才能逐渐形成。

也就是说,“Rebels-25”星系并不是一个“小而混乱”的原始星系,反而是一个经过了数十亿年演化的旋涡星系,然而正如前文所言,这个星系的宇宙学红移值表明,它存在于宇宙大爆炸后大约7亿年的时期……

由此可见,这个怪异星系的发现,挑战着人类的认知,天文学家推测,这种现象可能意味着,宇宙中有某些我们尚未理解的物理过程,能够极大加速星系的演化,使得它们能够在宇宙早期就形成复杂结构,又或者,我们现有的宇宙学可能存在着重大的疏漏。

就目前的情况来看,关于“Rebels-25”星系的研究仍在进行之中,按照计划,在未来日子里,天文学家将使用包括詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)在内的其他观测设备对其展开更深入的观测,以期揭开这个巨大的谜团。

参考资料:REBELS-25: Discovery of a dynamically cold disc galaxy at z = 7.31, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, doi.org/10.1093/mnras/stae2217

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