弥尘恒星形成星系是宇宙最强大的恒星托儿所,含有大量气体尘埃,以每年高达数千个太阳质量的速率形成新生恒星,而天文学家认为这种星系应该不会出现在宇宙早期。然而 ALMA 这阵子便陆续找到了几个,且时间点都落在大爆炸后 10 亿年内。
弥尘恒星形成星系(Dusty star-forming galaxy,DSFG)是正在经历高速率恒星形成过程的星暴星系,其恒星形成率(star-formation rate,SFR,注)高达每年数千个太阳质量,相比之下,如今银河系的恒星形成率仅约每年 3 个太阳质量物质。
天文学家相信弥尘恒星形成星系在宇宙演化中扮演着重要角色,但想找到它们说起来容易做起来难,目前已知的弥尘恒星形成星系非常稀少,因为星系内的恒星光芒通常都被掩埋在大量云尘之下。
2018 年时,阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)发现了 SPT0311-58 弥尘星系系统,离大爆炸仅 7.8 亿年,由一大一小星系组成,较大的一个以每年 2,900 个太阳质量的速率形成恒星,包含 2,700 亿倍太阳质量的气体、30 亿倍太阳质量的尘埃。
而今年,ALMA 再度发现一个离大爆炸仅 9.7 亿年的弥尘星系系统,称为“MM J100026.36 + 021527.9(简称 MAMBO-9)”,同样由两个彼此相距 19,600 光年的星系(MAMBO-9-A 及 MAMBO-9-B)构成,两者未来可能合并。
▲ MAMBO-9 系统在无线电波波段下的图像。
新研究作者之一 Manuel Aravena 表示,其实在 10 年前,科学家就曾利用 IRAM 30 米望远镜和 Plateau de Bure 干涉仪检测到 MAMBO-9 星系发出的光,只是当时观测仪器不够敏感,无法揭露星系与我们的距离,加上其他望远镜找不到这道光源,以至于研究人员怀疑 MAMBO-9 星系是否真实。
现在归功于 ALMA 的高分辨率,天文学家首次在未借助重力透镜作用的情况下直接发现极遥远星系,这代表 MAMBO-9 系统的光线未被中途的重力场扭曲,天文学家可以获得更多清晰细节。
数据显示 MAMBO-9 系统总质量非常惊人,高达 3.3 兆倍太阳质量,其中恒星质量约 32 亿倍太阳质量,尘埃质量约 13 亿倍太阳质量,气体(分子云)质量则约 1,700 亿倍太阳质量。
一般来说,科学家期待看到恒星质量比尘埃多 100 倍,但该系统的气体与尘埃总质量又意味着 MAMBO-9 系统尚未形成大部分恒星,加上尘埃通常是垂死恒星留下的副产物,因此科学家必须找出宇宙如何在大爆炸之后不到 10 亿年时间内,迅速形成大量尘埃的机制。
新论文发表在《天文物理期刊》(The Astrophysical Journal)。
注:恒星形成率(SFR)是指星系将气体转化成恒星的速率。
- ALMA Spots Most Distant Dusty Galaxy Hidden in Plain Sight
- Meet MAMBO-9, one of the most distant galaxies to ever be observed
- Dusty star-forming galaxy MAMBO-9 investigated in detail
(图片来源:美国国家电波天文台)
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