新理論模型聲稱解開早期大質量星係之謎

由Starburst99計算的106𝑀星團中瞬時星爆的反饋機械能注入率，它是星爆後時間的函數。顯示的是不同金屬度和不同IMF的曲線。在每種情況下，實線代表恒星風和超新星的總能量，虛線僅代表超新星的貢獻。左圖:標準Kroupa IMF的三種不同金屬性。右圖:低金屬度𝑍 =0.02𝑍.下的三種不同的IMF在所有情況下，超新星反饋的開始在𝑡的3 Myr成為主導時是急劇的。除了𝑍 =1𝑍，早期的恒星風反饋是可以忽略的，直到它在𝑡2 myr附近急劇上升。因此，在足夠低的金屬豐度下，1 Myr的爆發預計不會受到恒星風反饋和超新星反饋的影響。鳴謝:皇家天文學會月報(2023)。DOI: 10.1093/mnras/stad1557
（神秘的地球uux.cn）據耶路撒冷希伯來大學：耶路撒冷希伯來大學的天體物理學家在《皇家天文學會月報》上發表了一個新的理論模型，該模型解決了宇宙中早期大質量星係形成的之謎。這些發現自然解釋了最近使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)進行的觀測，這些觀測揭示了宇宙中驚人的大質量星係過剩——在大爆炸後的前5億年已經存在——這與普遍接受的理論相反。
詹姆斯·韋伯望遠鏡於2021年底發射到太空，早在2022年7月就開始拍攝遙遠星係的圖像。研究人員出人意料地發現，與普通理論預計的星係數量相比，早期宇宙中存在過量的大質量星係。
根據研究人員提出的模型，原始星係中普遍存在的高密度和低豐度的重元素的特殊條件，允許在沒有其他恒星幹擾的情況下高效率地形成恒星。來自希伯來大學Racah物理研究所的研究小組由Avishai Dekel教授帶領Kartick Sarkar博士、Yuval Birnboim教授、Nir Mandelker博士和Zhaozhou Li博士。
Dekel教授說:“在最初的5億年裏，研究人員已經確定了每個星係都包含大約100億顆像我們太陽一樣的恒星。”“這一發現令研究人員感到驚訝，他們試圖找出對這一難題的合理解釋，從對星係中恒星數量的觀測估計被誇大的可能性，到表明大爆炸的標準宇宙學模型需要重大變化。”
根據流行的星係形成理論，重力導致分散在宇宙中的氣體坍縮到巨大的球形暗物質雲的中心，在那裏它變成了像太陽一樣的發光恒星。然而，迄今為止的理論和觀測表明，星係中恒星形成的效率很低，隻有大約10%落入雲中的氣體成為恒星。
這種低效率是由剩餘氣體加熱或在風的影響下被吹出星係以及首先形成的恒星的超新星爆炸造成的。這與最近JWST顯示的在短時間內產生大量恒星的現象相矛盾。
在這項研究中，Dekel教授和他的團隊提出了一個稱為“無反饋星爆”(FFB)的過程，這自然解釋了這個謎。在早期星係普遍存在的獨特條件下，氣體有效地轉化為恒星，而不會被反饋過程所破壞。這個想法是基於大質量恒星的形成和隨後的超新星爆發之間超過一百萬年的時間延遲。
在氣體因恒星中產生的重元素而富集之前，研究人員認為，在稠密的早期宇宙中，形成恒星的雲的密度高於一個閾值，該閾值允許氣體在一百萬年的“機會之窗”內迅速坍縮為恒星。這種在沒有反饋的情況下高效率恒星形成的過程解釋了觀測到的大質量星係過剩。
“這項研究的發表標誌著我們對宇宙中原始大質量星係形成的理解向前邁出了重要一步，無疑將引發進一步的研究和發現，”Dekel教授總結道。“這個模型的預測將通過使用網絡空間望遠鏡積累的新觀測結果進行測試，其中一些預測似乎已經得到了證實。”
Dekel補充說，在未來的研究中，將會調查所提出的FFB情景的重要含義。其中包括在FFB恒星形成星團的中心有效形成1000個太陽質量的種子黑洞，這是解釋5億年後在星係中心看到的10億個太陽質量的驚人超大質量黑洞的關鍵。

(责任编辑：北京市)