天文學家發現跨越數十億年的恒星誕生火花
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天文學家發現跨越數十億年的恒星誕生火花。信用:uux.cn/x光:美國國家航空航天局/CXC/騷；光學:美國國家航空航天局/歐空局/STScI；IR:美國國家航空航天局/歐空局/加空局/STScI/Milisavljevic等人、發現美國國家航空航天局/JPL/加州理工學院；圖像處理:美國國家航空航天局/CXC/薩奧/J .施米特和k .阿坎德
（神秘的數億地球uux.cn）據錢德拉X射線中心（的梅根·瓦茲克）：天文學家利用美國國家航空航天局的錢德拉X射線天文臺和其他望遠鏡，完成了對宇宙最大星系中引發恒星形成的恒星火花因素的最大規模和最詳細的研究。他們驚訝地發現，誕生在這些異常巨大的天文星系中，恒星形成的發現條件在過去的100億年中沒有改變。
“令人驚訝的數億是，在過去的恒星火花100億年里，有很多因素可能影響了恒星的誕生形成，”領導這項研究的天文麻省理工學院(MIT)的邁克爾·卡爾扎迪拉說。“然而，發現最終，數億這些巨大星系中恒星形成的恒星火花主要驅動因素實際上歸結為一件事——它們周圍的熱氣是否能夠足夠快地冷卻下來。”
星系團是誕生宇宙中由引力聚集在一起的最大物體，包含X射線中可見的大量熱氣體。這種高溫氣體的質量是通常在星系團中發現的數百個星系中所有恒星質量總和的數倍。
卡爾扎迪拉和他的同事們研究了宇宙中最亮、質量最大的一類星系，稱為最亮星系團，位于95個星系團的中心。所選的星系團本身就是一個極端的樣本——使用南極望遠鏡(SPT)進行的大型調查中最大的星系團——它們距離地球34億至99億光年。
研究小組發現，當高溫氣體中無序運動的數量(一個稱為“熵”的物理概念)低于臨界閾值時，他們研究的星系中的恒星形成就會觸發。低于這個閾值，熱氣體不可避免地冷卻形成新的恒星。
“令人印象深刻的是，一個單一的數字就能告訴我們數十億顆恒星和行星是否在這些巨大的星系中形成，可以追溯到100億年前，”合著者邁克爾·麥克唐納說，他也來自麻省理工學院。
雖然已經進行了其他嘗試來確定宇宙時間內如此巨大的星系中恒星形成的驅動因素，但這項調查是第一次在如此大的距離范圍內將X射線和光學觀測結合起來。這使得研究人員能夠將恒星形成所需的燃料——錢德拉探測到的熱氣——與氣體冷卻后恒星的實際形成聯系起來，正如光學望遠鏡在宇宙歷史的大部分時間里所看到的那樣。
該小組還利用射電望遠鏡研究了這些星團中超大質量黑洞噴射出的物質。在一個被稱為“反饋”的過程中，冷卻形成恒星的熱氣最終流入黑洞，產生噴流和其他活動，加熱和激發它們的周圍環境，暫時阻止進一步冷卻。當黑洞耗盡燃料時，噴射關閉，這個過程重新開始。
來自芝加哥大學和伊利諾伊州費米實驗室的合著者布拉德·本森說:“這就好像我們在宇宙的大部分時間里收集了恒星形成這本書的不同章節。”"這個故事不是用文字寫的，而是用x光、光學和無線電光講述的."
這項研究的一個意想不到的方面是，以前的工作表明，除了熱氣冷卻之外的其他因素可能在遙遠的過去的恒星形成中發揮更大的作用。100億年前，在一個被天文學家稱為“宇宙正午”的時期，星系團中星系的碰撞和合并更加常見，恒星形成率通常更高，星系的超大質量黑洞以更快的速度吸入物質。
“我們看到的恒星形成類型非常一致，甚至在接近宇宙正午時，它可能會被其他過程淹沒，”伊利諾伊州阿貢國家實驗室的合著者林賽·布里姆說。“盡管當時的宇宙看起來非常不同，但這些星系中恒星形成的觸發因素并沒有改變。”
在研究相對較近的星系團時，以前的研究人員還發現，高溫氣體中的無序水平是超大質量黑洞以噴流形式反饋的必要條件。
然而，Calzadilla團隊的這項新研究發現，反饋的熵閾值并不適用于更遙遠的星系團中的星系，這可能意味著大約一百億年前的星系團沒有受到黑洞反饋的良好調節。這似乎是合理的，因為熱氣體開始冷卻到中心星系需要時間，然后冷氣體到達中心星系的超大質量黑洞需要更多時間，最后，射流形成并阻止氣體進一步冷卻。
然而，也有可能無線電信號在早期沒有給出清晰的噴射活動的指示。
這個結果是基于美國國家航空航天局錢德拉X射線天文臺的X射線數據；來自SPT、澳大利亞望遠鏡緊湊陣列和澳大利亞SKA探路者望遠鏡的無線電數據；來自美國國家航空航天局WISE衛星的紅外數據:和幾個光學望遠鏡。這里使用的光學望遠鏡是麥哲倫6.5米望遠鏡、雙子座南方望遠鏡、布蘭科4米望遠鏡(DECam，MOSAIC-II)和斯沃普1米望遠鏡。總共將近50天的錢德拉觀測時間被用于這個結果。
卡爾達齊拉在新奧爾良舉行的美國天文學會第243次會議上公布了這些結果。此外，他是向《天體物理學雜志》提交的關于這項工作的論文的第一作者，該論文可在預印服務器arXiv上獲得。