科學家觀測到處於初始階段的星系旋轉

天文學家近日觀測到了最遙遠的星系旋轉,並認為是旋轉運動發展的初始階段。隨着望遠鏡變得更加先進和強大,天文學家已經能夠探測到越來越多的遙遠星系。由於光以有限的速度傳播,並且我們看到的物體就像它們發出光時的樣子,所以物體越遠,我們看到的時間就越遠。因此,這些非常遙遠的星系是我們宇宙中最早形成的一些星系,隨着宇宙的膨脹,它們開始遠離我們。

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事實上,距離越大,星系離開我們的速度似乎就越快。有趣的是,我們可以根據它的發射出現的“紅移”(redshifted)程度來估計一個星系的移動速度,以及它的形成時間。這種紅移類似於一種稱為“多普勒效應”的現象,在這種現象中,遠離觀察者的物體向觀察者發出看起來向更長波長移動的光(因此稱為“紅移”)。

位於智利阿塔卡馬沙漠中部的阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列 (ALMA) 望遠鏡特別適合觀察星系發射中的這種紅移。最近,一個國際研究小組觀察到一個遙遠星系 MACS1149-JD1(以下簡稱 JD1)的紅移發射,這使他們得出了一些令人着迷的結論。

Ellis 解釋說:“除了發現高紅移,即非常遙遠的星系之外,研究它們的氣體和恆星內部運動為了解最早可能的宇宙中星系形成過程提供了動力”。

這支國際研究人員團隊包括日本早稻田大學的 Akio Inoue 教授和研究生 Tsuyoshi Tokuoka、日本筑波大學的 Takuya Hashimoto 博士、倫敦大學學院的 Richard S. Ellis 教授和研究人員 Nicolas Laporte 博士英國劍橋大學研究員。他們的研究結果發表在《天體物理學雜誌快報》上。

星系的形成始於氣體的積累,然後由該氣體形成恆星。隨着時間的推移,恆星形成從中心向外發展,形成了一個星系盤,星系獲得了特定的形狀。隨着恆星形成的繼續,較新的恆星在旋轉盤中形成,而較舊的恆星則留在中心部分。通過研究恆星物體的年齡以及星系中恆星和氣體的運動,可以確定星系已經達到的演化階段。

在兩個月的時間裡進行了一系列觀測后,天文學家成功地測量了銀河系內不同位置之間“紅移”的微小差異。他們發現 JD1 滿足了以旋轉為主的星系的標準。接下來,科學家們將銀河系建模為一個旋轉的圓盤,並發現它很好地再現了觀測結果。

計算出的旋轉速度約為每秒 50 公里(每小時 110,000 英里),而銀河系盤的旋轉速度為每秒 220 公里(每小時 500,000 英里)。該團隊還測量了 JD1 的直徑僅為 3,000 光年,遠小於銀河系 100,000 光年的直徑。

他們的結果的意義在於,JD1 是迄今為止最遙遠的,因此也是迄今為止發現的最早的具有氣體和恆星旋轉盤的源。再加上研究文獻中對較近系統的類似測量,這使該團隊能夠描繪出在我們超過 95% 的宇宙歷史中旋轉星系的逐漸發展。