天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)跨越數(shù)十億年的恒星誕生火花。信用:uux.cn/x光:美國(guó)國(guó)家航空航天局/CXC/騷；光學(xué):美國(guó)國(guó)家航空航天局/歐空局/STScI；IR:美國(guó)國(guó)家航空航天局/歐空局/加空局/STScI/Milisavljevic等人、發(fā)現(xiàn)美國(guó)國(guó)家航空航天局/JPL/加州理工學(xué)院；圖像處理:美國(guó)國(guó)家航空航天局/CXC/薩奧/J .施米特和k .阿坎德
（神秘的數(shù)億地球uux.cn）據(jù)錢德拉X射線中心（的梅根·瓦茲克）：天文學(xué)家利用美國(guó)國(guó)家航空航天局的錢德拉X射線天文臺(tái)和其他望遠(yuǎn)鏡，完成了對(duì)宇宙最大星系中引發(fā)恒星形成的恒星火花因素的最大規(guī)模和最詳細(xì)的研究。他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，誕生在這些異常巨大的天文星系中，恒星形成的發(fā)現(xiàn)條件在過去的100億年中沒有改變。
“令人驚訝的數(shù)億是，在過去的恒星火花100億年里，有很多因素可能影響了恒星的誕生形成，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的天文麻省理工學(xué)院(MIT)的邁克爾·卡爾扎迪拉說。“然而，發(fā)現(xiàn)最終，數(shù)億這些巨大星系中恒星形成的恒星火花主要驅(qū)動(dòng)因素實(shí)際上歸結(jié)為一件事——它們周圍的熱氣是否能夠足夠快地冷卻下來。”
星系團(tuán)是誕生宇宙中由引力聚集在一起的最大物體，包含X射線中可見的大量熱氣體。這種高溫氣體的質(zhì)量是通常在星系團(tuán)中發(fā)現(xiàn)的數(shù)百個(gè)星系中所有恒星質(zhì)量總和的數(shù)倍。
卡爾扎迪拉和他的同事們研究了宇宙中最亮、質(zhì)量最大的一類星系，稱為最亮星系團(tuán)，位于95個(gè)星系團(tuán)的中心。所選的星系團(tuán)本身就是一個(gè)極端的樣本——使用南極望遠(yuǎn)鏡(SPT)進(jìn)行的大型調(diào)查中最大的星系團(tuán)——它們距離地球34億至99億光年。
研究小組發(fā)現(xiàn)，當(dāng)高溫氣體中無序運(yùn)動(dòng)的數(shù)量(一個(gè)稱為“熵”的物理概念)低于臨界閾值時(shí)，他們研究的星系中的恒星形成就會(huì)觸發(fā)。低于這個(gè)閾值，熱氣體不可避免地冷卻形成新的恒星。
“令人印象深刻的是，一個(gè)單一的數(shù)字就能告訴我們數(shù)十億顆恒星和行星是否在這些巨大的星系中形成，可以追溯到100億年前，”合著者邁克爾·麥克唐納說，他也來自麻省理工學(xué)院。
雖然已經(jīng)進(jìn)行了其他嘗試來確定宇宙時(shí)間內(nèi)如此巨大的星系中恒星形成的驅(qū)動(dòng)因素，但這項(xiàng)調(diào)查是第一次在如此大的距離范圍內(nèi)將X射線和光學(xué)觀測(cè)結(jié)合起來。這使得研究人員能夠?qū)⒑阈切纬伤璧娜剂稀X德拉探測(cè)到的熱氣——與氣體冷卻后恒星的實(shí)際形成聯(lián)系起來，正如光學(xué)望遠(yuǎn)鏡在宇宙歷史的大部分時(shí)間里所看到的那樣。
該小組還利用射電望遠(yuǎn)鏡研究了這些星團(tuán)中超大質(zhì)量黑洞噴射出的物質(zhì)。在一個(gè)被稱為“反饋”的過程中，冷卻形成恒星的熱氣最終流入黑洞，產(chǎn)生噴流和其他活動(dòng)，加熱和激發(fā)它們的周圍環(huán)境，暫時(shí)阻止進(jìn)一步冷卻。當(dāng)黑洞耗盡燃料時(shí)，噴射關(guān)閉，這個(gè)過程重新開始。
來自芝加哥大學(xué)和伊利諾伊州費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的合著者布拉德·本森說:“這就好像我們?cè)谟钪娴拇蟛糠謺r(shí)間里收集了恒星形成這本書的不同章節(jié)。”"這個(gè)故事不是用文字寫的，而是用x光、光學(xué)和無線電光講述的."
這項(xiàng)研究的一個(gè)意想不到的方面是，以前的工作表明，除了熱氣冷卻之外的其他因素可能在遙遠(yuǎn)的過去的恒星形成中發(fā)揮更大的作用。100億年前，在一個(gè)被天文學(xué)家稱為“宇宙正午”的時(shí)期，星系團(tuán)中星系的碰撞和合并更加常見，恒星形成率通常更高，星系的超大質(zhì)量黑洞以更快的速度吸入物質(zhì)。
“我們看到的恒星形成類型非常一致，甚至在接近宇宙正午時(shí)，它可能會(huì)被其他過程淹沒，”伊利諾伊州阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的合著者林賽·布里姆說。“盡管當(dāng)時(shí)的宇宙看起來非常不同，但這些星系中恒星形成的觸發(fā)因素并沒有改變。”
在研究相對(duì)較近的星系團(tuán)時(shí)，以前的研究人員還發(fā)現(xiàn)，高溫氣體中的無序水平是超大質(zhì)量黑洞以噴流形式反饋的必要條件。
然而，Calzadilla團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，反饋的熵閾值并不適用于更遙遠(yuǎn)的星系團(tuán)中的星系，這可能意味著大約一百億年前的星系團(tuán)沒有受到黑洞反饋的良好調(diào)節(jié)。這似乎是合理的，因?yàn)闊釟怏w開始冷卻到中心星系需要時(shí)間，然后冷氣體到達(dá)中心星系的超大質(zhì)量黑洞需要更多時(shí)間，最后，射流形成并阻止氣體進(jìn)一步冷卻。
然而，也有可能無線電信號(hào)在早期沒有給出清晰的噴射活動(dòng)的指示。
這個(gè)結(jié)果是基于美國(guó)國(guó)家航空航天局錢德拉X射線天文臺(tái)的X射線數(shù)據(jù)；來自SPT、澳大利亞望遠(yuǎn)鏡緊湊陣列和澳大利亞SKA探路者望遠(yuǎn)鏡的無線電數(shù)據(jù)；來自美國(guó)國(guó)家航空航天局WISE衛(wèi)星的紅外數(shù)據(jù):和幾個(gè)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。這里使用的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是麥哲倫6.5米望遠(yuǎn)鏡、雙子座南方望遠(yuǎn)鏡、布蘭科4米望遠(yuǎn)鏡(DECam，MOSAIC-II)和斯沃普1米望遠(yuǎn)鏡。總共將近50天的錢德拉觀測(cè)時(shí)間被用于這個(gè)結(jié)果。
卡爾達(dá)齊拉在新奧爾良舉行的美國(guó)天文學(xué)會(huì)第243次會(huì)議上公布了這些結(jié)果。此外，他是向《天體物理學(xué)雜志》提交的關(guān)于這項(xiàng)工作的論文的第一作者，該論文可在預(yù)印服務(wù)器arXiv上獲得。
作者:綜合
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