CGG-z5:詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到早

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      CGG-z5:詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到早期星系的形成

      一组小星系,在130亿年前就被发现,很可能正在形成一个大星系。这些颜色由三种不同的红外颜色组成。白色水平条显示了大约20000光年的规模。资料来源:Shuowen Jin等人(2023)

      据美国物理学家组织网(作者:Niels Bohr Institute):来自宇宙黎明中心的天文学家揭示了早期宇宙中用詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到的最密集星系区域的性质。他们发现它很可能是一个巨大的、类似银河系的星系的前身,当时它仍然是由较小的星系组成的。这一发现证实了我们对星系形成的理解。

      根据我们目前对宇宙结构形成的理解,星系是以分层的方式形成的,小的结构首先在很早的宇宙中形成,然后合并形成更大的结构。这是理论和计算机模拟的预测,并通过对宇宙历史上不同时期星系的观测得到验证。

      为了观察最早的结构组装,我们必须尽可能地回溯时间,从而尽可能地远离时间。但这些辐射源都很小,也很微弱,它们的探测需要先进的技术。

      在一项新的研究中,发现了今天可能演化成银河系大小的巨大星系的早期祖先。这组被称为CGG-z5的较小星系是通过詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测项目“CEERS”发现的,当时宇宙只有11亿年,是目前年龄的8%。

      CGG-z5是使用GalCluster代码发现的,该代码由宇宙黎明中心(Dawn)理学硕士学生尼古拉·希拉森创建。

      “我在研究期间开发了该软件来检测这种结构,现在我们将其应用于CEERS项目的数据,”Nikolaj Sillassen说道,他在测试软件时已经发现了一个类似但更接近的小组。

      “很高兴看到我的代码变得多么有用。”

      没有詹姆斯·韦伯是不可能的

      此前,哈勃太空望远镜发现了该星系群中最明亮的成员。但CEERS计划发现了新的和较小的成员。

      CGG-z5:詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到早期星系的形成

      “EAGLE”模拟中模拟的原始星系演化的四张快照,选择与观测到的CGG-z5群相似。亮度显示了星系中恒星的密度,而符号则跟随着单个的物质团。在左上角和右下角之间经过的12亿年中,星系的总恒星质量从50亿个太阳增长到650亿个太阳。资料来源:A.Vijiayan和S.Jin

      宇宙黎明中心(Dawn)玛丽·居里研究员、这项研究的主要作者金硕文(Shuowen Jin)解释说:“这个小组的其他成员都很小,也很微弱。如果没有詹姆斯·韦伯(James Webb)的灵敏度和空间分辨率,我们根本无法探测到他们。”。

      当然,CGG-z5星系群的“未来”究竟是什么,还不得而知。与其说是形成一个单一的星系,不如说是这个星系团后来演化成了一个大星系团。另一种可能性是,实际上,这些成员并不像看起来那样紧密地聚集在一起,而是我们恰好从一端到另一端看到的丝状结构的一部分。

      计算机模拟的帮助

      为了区分这些场景,需要更精确的观测,包括更耗时的光谱学。但与此同时,计算机模拟提供了帮助:

      “为了更好地理解CGG-z5的性质和演化,我们在大规模的流体动力学模拟中寻找类似的结构,”宇宙黎明中心博士后研究员Aswin Vijiayan说,他在研究中进行了模拟分析。“我们发现了14个结构,它们与我们观察到的CGG-z5群的物理财产非常匹配,然后在模拟中追踪了这些结构从早期宇宙到现在时代的演变过程。

      尽管这14个结构的演化过程各不相同,但它们都有着相同的命运:大约5到10亿年后,它们合并形成了一个单一的星系,在宇宙达到目前年龄的一半时,其质量与我们自己的银河系相当。

      “鉴于模拟的预测,因此很有可能推测CGG-z5系统也将遵循类似的进化路径,我们捕捉到了小星系聚集成单个大星系的过程,”金硕文说。

      DAWN副教授、参与该研究的Georgios Magdis表示:“有趣的是,在给定空间体积内,像CGG-z5这样的早期星系群的数量与后来宇宙时代的大质量星系数量相似。”。“这使得合并的星系群在后来的时代成为大质量星系的主要前身。”

      这项研究发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

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