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發現已知宇宙間最古老星系 助揭宇宙演化史

2018/8/20 — 12:32

宇宙間無數星系,哪些是歷史最悠久的呢?杜倫大學及哈佛-史密森尼天體物理中心天文學家在銀河系附近發現數個相信是已知最古老星系。研究已刊於《Astrophysical Journal》。

物理學家相信,在宇宙約 380,000 年歷史誕生,高溫的原子慢慢聚合成星雲和逐漸冷卻,組成一小組氣團或由大爆炸產生的暗物質星系暈 (halo) ,開始冷卻。整個冷卻時期持續近 1 億年,科學家將之稱為宇宙黑暗時代。當星系暈氣體降溫後,開始變得不穩定,並組成不同恆星,繼而成為最早的星系,宇宙黑暗時代也同時結束。

兩家院校的研究人員 Sownak Bose 、Alis Deason 及 Carlos Frenk 就發現兩個圍繞著銀河系的星系群。他們相信這些星系在此時期誕生、並且是迄今已知最古老的星系。他們發現的第一個星系群較暗淡,估計是在宇宙黑暗時代誕生。另一批則稍為明亮,研究人員認為可能是在前者誕生後數百萬年形成。研究人員指這些較明亮星系,是透過首批恆星釋出的高能量紫外光將氫原子電離後,原子冷卻成質量更大的暗物質星暈而形成。

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研究人員亦發現觀察到的星系數據與他們之前的物理模擬吻合,由此讓他們估計到星系約有 130 億年歷史。有份與研究的杜倫大學計算宇宙學教授 Carlos Frenk 亦指,今次數據支持 Λ-冷暗物質 (Cold Dark Matter) 模型。此模型指出組成暗物質的基礎粒子驅使了宇宙演化,以及提出早期星系的高能量紫外光會透過電離將餘下的氫原子破壞,令氣體難以冷卻和形成新星。也因如此,直至暗物質星暈質量變得更大,令高溫電離氣體也可冷卻前,宇宙在早期星系誕生後十億年都沒有再有新恆星出現。

Frenk 指今次在銀河系附近發現早期星系,就如同在地球上發現首個人類般令人振奮。另一位有份參與研究的天文學家 Alis Deason 也指:「這是一個美好的例子,證明透過觀察毗鄰銀河系的最小型矮星系,也可了解早期宇宙。」

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參考資料:
Phys.org, Astronomers identify some of the oldest galaxies in the universe, 16 August 2018

報告:
Bose, S., Deason, A.J. & Frenk, C.S. (2018). The Imprint of Cosmic Reionization on the Luminosity Function of Galaxies. Astrophysical Journal, 863, 2. DOI: 10.3847/1538-4357/aacbc4

文/Edward Ho、審核/Alan Chiu

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