藝術(shù)家對早期恒星暴增星系的構(gòu)想。該圖像是形成由用于這項研究的火災(zāi)模擬數(shù)據(jù)渲染而成，可以解釋最近的爆的光JWST結(jié)果。恒星和星系以明亮的發(fā)解白色光點顯示，而更擴散的釋宇神秘暗物質(zhì)和氣體以紫色和紅色顯示。鳴謝:uux.cn/艾倫·m·蓋勒，宙黎西北大學(xué)，恒星CIERA + IT-RCDS
（神秘的形成地球uux.cn）據(jù)西北大學(xué)：當(dāng)科學(xué)家們看到詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)拍攝的宇宙早期星系的第一張照片時，他們震驚了。爆的光年輕的發(fā)解星系看起來太亮、太大、釋宇神秘太成熟，宙黎不可能在大爆炸后這么快就形成。恒星這就像一個嬰兒在幾年內(nèi)成長為一個成年人。形成
這個驚人的爆的光發(fā)現(xiàn)甚至讓一些物理學(xué)家質(zhì)疑宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，懷疑它是否應(yīng)該被顛覆。
使用新的模擬，西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的天體物理學(xué)家小組現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)這些星系可能并沒有那么大。盡管一個星系的亮度通常是由其質(zhì)量決定的，但新的發(fā)現(xiàn)表明，質(zhì)量較小的星系也可以在不規(guī)則、明亮的恒星形成爆發(fā)中發(fā)出同樣明亮的光。
這一發(fā)現(xiàn)不僅解釋了為什么年輕星系看起來質(zhì)量驚人，也符合宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型。
這項研究發(fā)表在10月3日的《天體物理學(xué)雜志快報》上。
“這些星系的發(fā)現(xiàn)是一個很大的驚喜，因為它們比預(yù)期的要亮得多，”該研究的高級作者西北大學(xué)的Claude-André Faucher-Giguère說。
“一般來說，星系明亮是因為它大。但是因為這些星系是在宇宙黎明時形成的，大爆炸后還沒有足夠的時間。這些巨大的星系是如何如此迅速地聚集在一起的？我們的模擬顯示，星系在宇宙黎明前形成這種亮度沒有問題。”
領(lǐng)導(dǎo)這項研究的郭超·孫補充說:“關(guān)鍵是要在短時間內(nèi)在一個系統(tǒng)中再現(xiàn)足夠的光量。”。“這可能是因為該系統(tǒng)非常龐大，或者是因為它有能力快速產(chǎn)生大量的光。在后一種情況下，系統(tǒng)不需要那么龐大。如果恒星的形成是以爆發(fā)的形式發(fā)生的，它會發(fā)出閃光。這就是為什么我們看到幾個非常明亮的星系。”
Faucher-Giguère是西北大學(xué)溫伯格文理學(xué)院物理學(xué)和天文學(xué)副教授，也是天體物理學(xué)跨學(xué)科探索和研究中心(CIERA)的成員。孫是西北大學(xué)的CIERA博士后研究員。
宇宙大爆炸后大約持續(xù)了1億年到10億年，宇宙黎明以宇宙中第一批恒星和星系的形成為標(biāo)志。在JWST號發(fā)射到太空之前，天文學(xué)家對這個古老的時期知之甚少。
“JWST給我們帶來了很多關(guān)于宇宙黎明的知識，”孫說。“在JWST之前，我們關(guān)于早期宇宙的大部分知識都是基于很少來源的數(shù)據(jù)的推測。隨著觀測能力的大幅提高，我們可以看到星系的物理細節(jié)，并利用這些確鑿的觀測證據(jù)來研究物理學(xué)，以了解正在發(fā)生的事情。”
在這項新的研究中，孫、福徹-吉古爾和他們的團隊使用先進的計算機模擬來模擬宇宙大爆炸后星系的形成。模擬產(chǎn)生的宇宙黎明星系與JWST觀測到的一樣亮。這些模擬是相對論性環(huán)境反饋(FIRE)項目的一部分，該項目由Faucher-Giguère與加州理工學(xué)院、普林斯頓大學(xué)和加州大學(xué)圣地亞哥分校的合作者共同創(chuàng)建。
這項新研究包括來自熨斗研究所計算天體物理中心、麻省理工學(xué)院和加州大學(xué)戴維斯分校的合作者。
火災(zāi)模擬結(jié)合了天體物理學(xué)理論和高級算法來模擬星系的形成。這些模型使研究人員能夠探索星系如何形成、生長和改變形狀，同時考慮到從恒星返回的能量、質(zhì)量、動量和化學(xué)元素。
當(dāng)Sun、Faucher-Giguère和他們的團隊對宇宙黎明形成的早期星系進行模擬時，他們發(fā)現(xiàn)恒星是以爆發(fā)形式形成的，這一概念被稱為“爆發(fā)恒星形成”在像銀河系這樣的大質(zhì)量星系中，恒星以穩(wěn)定的速度形成，隨著時間的推移，恒星的數(shù)量逐漸增加。但是所謂的爆發(fā)式恒星形成發(fā)生在恒星以交替模式形成的時候——一次形成許多恒星，接下來是數(shù)百萬年非常少的新恒星，然后再次形成許多恒星。
“爆發(fā)式恒星形成在低質(zhì)量星系中尤其常見，”福徹-吉古爾說。“為什么會發(fā)生這種情況的細節(jié)仍然是正在進行的研究的主題。但我們認為發(fā)生的是恒星爆發(fā)，然后幾百萬年后，這些恒星爆炸成為超新星。氣體被踢出，然后回落形成新的恒星，推動恒星形成的循環(huán)。”
“但是當(dāng)星系變得足夠大時，它們的引力就大得多。當(dāng)超新星爆發(fā)時，它們的強度不足以將氣體從系統(tǒng)中噴出。引力將星系聚集在一起，并使其進入穩(wěn)定狀態(tài)。”
模擬也能夠產(chǎn)生和JWST揭示的一樣多的明亮星系。換句話說，模擬預(yù)測的亮星系數(shù)量與觀測到的亮星系數(shù)量相匹配。
盡管其他天體物理學(xué)家已經(jīng)假設(shè)爆發(fā)的恒星形成可能是宇宙黎明時星系不尋常亮度的原因，但西北大學(xué)的研究人員首次使用詳細的計算機模擬來證明這是可能的。他們能夠做到這一點，而不需要添加與我們的標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型不一致的新因素。
“星系中的大部分光線來自最大質(zhì)量的恒星，”福徹-吉古爾說。“因為質(zhì)量更大的恒星燃燒速度更快，所以壽命更短。它們會在核反應(yīng)中迅速耗盡燃料。因此，星系的亮度與它在過去幾百萬年中形成的恒星數(shù)量更直接相關(guān)，而不是整個星系的質(zhì)量。”

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