我們宇宙中最古老的星係是一團糟
根據最近的一項研究，宇宙中最初的星係是一團亂麻。在它們年輕的時候，它們是狂野、混亂的湍流氣體束，由星系際氣體的巨大喘息、大質量恆星形成的爆發和超大質量黑洞組成。
由劍橋大學的洛拉·鄧海夫領導的天文學家團隊最近指出，提出這一想法 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 分佈在 272 個小星系中，可追溯到 8 億至 15 億年前 大霹靂。當來自這些星系的光開始進入我們宇宙的角落時，宇宙還非常年輕（從天文學角度來說）；現在，這束光已經到達了 JWST 的眼睛，科學家們看到了遙遠的星系，它們看起來與我們在附近宇宙中看到的成熟、安靜旋轉的圓盤截然不同。
鄧海夫和她的同事使用 JWST 的 NIRCam 儀器來觀察電離氫氣在每個星系中的移動情況。在大多數研究對像中，氣體不是以單一平滑流的形式圍繞銀河系中心旋轉，而是向各個方向流動，產生湍流渦流、衝擊波和不均勻的物質團塊。
我們在附近宇宙中看到的星系更加現代，其中大多數是結構良好的盤狀和螺旋狀星系，所有氣體和恆星都圍繞中心朝同一方向移動——除非它們最近與另一個星係發生過碰撞或接近碰撞。但天文學家觀察的時間越久遠，事情就會變得越混亂。
甚至星係也有混亂的年齡
鄧海夫和她的同事將他們研究中的星系描述為存在於“圓盤的黎明時期，其中星系開始受到旋轉的支持，但會經歷幾次不穩定的時期……然後進入我們在當地宇宙中觀察到的冷圓盤。” （同樣，星系。同樣。）
JWST 向鄧海夫和她的同事展示了宇宙年齡在 8 億至 15 億歲之間時遙遠星系樣本的樣子。這已接近被稱為“ 宇宙黎明 （大爆炸後 5000 萬到 10 億年），第一批恆星和星系形成時，也就是被稱為“宇宙大爆炸”時期的前夕 宇宙正午 （大爆炸後 2 至 30 億年），年輕恆星的爆炸以比之前或之後任何時間都更高的速度照亮宇宙。鄧海夫及其同事研究中的小型無序星係正在加速其恆星形成，以迎接宇宙正午戲劇性的煙花，這也是這些星系中事物如此動蕩的部分原因。
新生的明星就像新生的人類一樣，很容易生氣。對於恆星來說，這意味著用強大的帶電粒子星風以及高能輻射（尤其是紫外線波長）的爆發來沖刷周圍的空間。這使得恆星苗圃（新恆星正在形成的巨大冷氣體雲）中的空間變得動盪和混亂。模型和觀測結果告訴我們，在這些早期星系中，恆星的形成往往以不規則且劇烈的爆發形式發生，這進一步加劇了混亂。
這些星系在它們十幾歲的時候也開始混合，當時宇宙中的氣體雲比現在的密度要大得多。畢竟，自大爆炸以來，宇宙一直在膨脹，因此從技術上講，在宇宙正午之前，宇宙要小得多，但物質數量卻相同。這一事實對年輕星系產生了重大影響，因為這意味著星系際氣體正在流動（有時甚至衝入）年輕星系，並在此過程中產生湍流。每個星系中心的超大質量黑洞都在瘋狂地吞噬所有這些氣體，並噴出相對論性的物質流和輻射流。
鄧海夫和她的同事研究中的大多數星係與我們附近宇宙中的星系相比都很小：是太陽質量的 1 億到 100 億倍（我們的銀河系質量約為 1.5 萬億太陽質量）。
這意味著超大質量黑洞、流入的氣體河和恆星形成爆炸等因素對其穩定性產生了很大影響。換句話說，那是一個奇怪的時期，這些新星係發生了很多事情。
接下來怎麼辦？
天文學家注意到了一些例外：由於某種原因，被埋藏在過去的隨機過程中的早期星系，設法比其他星系早一點聚集在一起。這些星系往往比平均星系大，這可能使它們在面對宇宙破壞時更具彈性。但研究中的大多數星系仍處於無序階段。
之前的一些研究已經發現了其中一些早產星系，但天文學家無法確定它們是否正常。模型和模擬表明它們不應該如此；相反，早期星係被預測為動盪、混亂的星系。現在，天文學家知道，早期星系的混亂現實似乎與物理學家關於宇宙如何運作的數學模型非常吻合。
對於鄧海夫和她的同事來說，下一步將是將他們最近對熱電離氫氣的觀測與未來對同一遙遠早期星系中冷氣體和塵埃的觀測結合起來。這將揭示更多有關星系結構和演化的信息。
塔切拉說：“有了更多的數據，我們將能夠追踪這些湍流系統如何成長為我們今天看到的優雅的螺旋。”
該團隊於 10 月 22 日發表了新發現 在《皇家天文學會月刊》雜誌上。
