天文学家在大爆炸之后十亿年研究星际介质

这是一张伪彩色的远红外图像，其中包含一个星系（中心的红点），该星系发生在大爆炸后大约9亿年。它的红色是宇宙膨胀和大量温暖尘埃的结果。图像中其他的星系（带圆圈）更近。在银河系的距离上，该比例尺相当于290万光年（1 Mpc）。

在一项新发表的研究中，天文学家测量了十七个年轻星系中电离碳的发射，揭示了非常早的宇宙中恒星形成速率的好方法（除了缺乏碳的源），紫外线场约为100-1000强度是它们在太阳附近的两倍，并且发射介质的密度适中。

大爆炸之后的几亿年里，第一批恒星和星系开始形成，而十亿年后，它们的物理过程主导了宇宙结构的演化。到目前为止，已经发现了1000多个这些早期星系的候选者，尽管它们遥远而隐隐。人们发现其中的一部分在亚毫米波长下非常明亮，并且以惊人的速度使恒星成千上万颗，这是由于它们包含异常大的暖尘和气体储集层的结果。早期星系是当今系统的直接祖先，对它们的诞生和演化进行建模的天文学家期望它们与现代星系大致相似。但是，存在一些潜在的关键差异，例如，温暖的灰尘数量；等等。另一个原因是相对缺乏当今认为理所当然的化学元素，这些化学元素是在未来120亿年的恒星炉中烹饪而成的。

CfA天文学家Tony Stark及其团队完成了对这些早期星系星际介质中碳的研究。他们在南极亚毫米望远镜的勘测中发现了一组非常明亮，遥远的物体。在赫歇尔太空望远镜的调查中还发现了这些光源具有很强的远红外发光度。后续观察证实了从星系早期起有二十个尘土飞扬，形成恒星的星系，并发现它们之所以亮，部分原因是它们被重力作用着更紧密的星系团。（光的路径因质量的存在而弯曲，因此前景星系团中的物质可以像“引力透镜”一样作用，以对位于其后方的更远物体进行重新成像。）

该团队使用了离子碳的发射线进行研究。这条线位于被大气层遮蔽的红外波长处，但是由于这些遥远星系的高后退速度，光谱被转移到了不受大气影响的亚毫米波长。当新恒星发出的紫外线使星际介质中的中性碳原子电离时，就会产生特定的碳线。有十七个星系具有强烈的碳谱线发射。还测量了一氧化碳。科学家报告说，碳线可以很好地衡量非常早期宇宙中恒星形成的速率（除了缺乏碳的源），紫外线场的强度大约是太阳附近的100-1000倍，并且发射介质的密度适中，每立方厘米大约一万个原子。研究小组得出结论，未来的观察将研究这些早期星系中的个体区域，并测量其他原子线以获得对元素缺陷的更好估计。

出版物：B. Gullberg等人，“来自SPT调查的多尘恒星形成星系中[C II]发射的性质，” MNRAS（2015年5月21日）449（3）：2883-2900；土井：10.1093 / mnras / stv372

研究报告的PDF副本：来自SPT调查的尘埃状星系中[CII]发射的性质

图像：ESA / NASA / Herschel； Guilberg等。