发现130亿年前的宇宙气体云使卡内基天文学家团队得以进行有史以来最早的测量,以了解宇宙是如何被各种化学元素丰富的。他们的发现表明,第一代恒星的形成速度比之前认为的要快。这项研究由卡内基-普林斯顿大学最近的研究员爱德华多Bañados领导,包括卡内基的迈克尔劳奇和汤姆库珀天体物理学杂志》上.
宇宙大爆炸开始时,宇宙是一团由能量极高的粒子组成的又热又暗的汤,正在迅速膨胀。当这种物质扩散时,它会冷却,粒子会结合成中性氢气。宇宙一直是黑暗的,没有任何光源,直到重力将物质凝聚成第一批恒星和星系。
所有的恒星,包括第一代恒星,都像化学工厂一样,合成了构成我们周围世界的几乎所有元素。当最初的恒星以超新星的形式爆炸时,它们喷出了自己创造的元素,在周围的气体中播下了种子。随后的几代恒星吸收了这些元素,并稳定地增加了周围环境的化学丰度。
但第一批恒星形成于一个原始而寒冷的宇宙。因此,这些初始恒星产生的元素比例与年轻恒星合成的元素比例不同,年轻恒星是在早期恒星已经丰富的环境中形成的。
“回顾足够久远的时间,人们可能会期望宇宙气体云显示出第一批恒星产生的特殊元素比例的标志,”劳奇说。“再往前看,我们最终可能会看到大多数元素的消失和原始气体的出现。”
长期以来,天文学家一直利用类星体来了解宇宙气体的化学成分,展示不同世代的恒星如何丰富它们的环境。
“我们在智利卡耐基拉斯坎帕纳斯天文台使用麦哲伦望远镜追踪非常遥远的类星体清单时发现了这个古老的气体云,”Bañados解释说,他现在是海德堡马克斯普朗克研究所的一个小组负责人。
类星体是非常明亮的物体,由巨大的黑洞组成,在大质量星系的中心吸积物质。由于气体云存在于类星体和地球之间,类星体发出的明亮光线必须穿过气体云才能到达地球,天文学家可以利用这一点来了解气体云的化学成分。这一发现提供了一个前所未有的机会来描述宇宙历史上最初10亿年的气体云。
研究小组发现,该星云的化学组成相当现代,如果由第一批恒星主导,则不像预期的那样原始。虽然它在宇宙大爆炸后仅形成了8.5亿年,但它的化学丰度已经和几十亿年后形成的宇宙气体云中的化学丰度一样高。
劳奇解释说:“显然,在星云形成的时候,第一代恒星已经消亡了。”“这表明宇宙被后来几代恒星的化学产物迅速淹没,甚至在大多数现代星系形成之前。”
研究小组乐观地认为,更古老的气体云最终会被发现,它们将揭示宇宙中第一批恒星的信息。
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