遠古星系內恆星或經歷了“生死時速”

大多數星系都形成於宇宙早期，我們的銀河系也不例外。科學家推測，銀河系可能是在宇宙早期由幾個矮星系碰撞形成的，這些矮星系形成於130億年前。因此，對於這些宇宙早期星系的研究，可幫助我們更好地了解銀河系的形成與演化。

10月27日，據國外媒體報道，一個國際研究小組利用阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡（ALMA）研究了118個遙遠的星系，發現其中大約20%的星系中恆星發出的紫外線被塵埃所遮蔽，這就意味著，這些星系中包含著大量的塵埃和重元素，這一發現遠遠超出了此前的預期。

為何會有此現象？這些星系中的塵埃和重元素來自哪？此次發現是否意味著傳統理論需要改寫？帶著這些問題，科技日報記者採訪了相關專家。

代代相傳的恆星“遺物”

科學家認為，宇宙早期星系中缺乏大量塵埃和重元素。為何有此推測？這要從它們的“身世”說起。

“大爆炸之后宇宙中包含的元素主要是氫、氦以及少量的鋰元素。我們今天看到的各種更重的元素，主要是恆星演化和死亡的過程中產生並釋放到星際空間的。”中國科學院國家天文台副研究員王嵐向記者表示。

第一代恆星死亡后，其生成的重元素散落在星際空間，在這其中誕生的下一代恆星便包含著這些重元素，並繼續生成新的重元素，就這麼一代代傳遞下去，宇宙中的重元素也隨著時間的推移而不斷增加。

而恆星的誕生，並非是“勻速”的。上海交通大學物理與天文學院副研究員劉成則表示，此前觀測表明，在宇宙早期，物質密度漲落較小，也缺乏恆星形成必需的冷氣體。隨著時間的推移，在引力作用下，暗物質逐漸成團，冷氣體也隨之聚集起來，才為恆星和星系的形成提供了條件，星系之間的相互碰撞也促使恆星形成率越來越高，並在宇宙大爆炸后約30億年的時候達到峰值。“這一時期也被稱為‘宇宙正午’（cosmic noon），宇宙中一半左右的恆星和星系都是在這段時間內形成的。”劉成則說。

恆星的爆發式增長的確會帶來大量塵埃和重元素。但在此之前，並沒有足夠的時間以及物質基礎形成如此多的大質量恆星，因此科學家推測宇宙早期星系中並不包含大量塵埃以及重元素。

“此前，天文學家也在高紅移星系中發現過大量塵埃，不過這種例子極其罕見。而此次研究卻發現了大量的此類星系，進一步明確了大量塵埃和重元素可能在高紅移星系中存在。”劉成則補充道。

質量越大的恆星壽命越短

“事實上，這在當今宇宙中並不常見。”中國科學院紫金山天文台助理研究員高揚表示，此次研究結果揭示了宇宙早期星系中，恆星或經歷了在短期內快速生成及死亡的“生死時速”。

高揚介紹說，在宇宙早期，由於塵埃比較少，輻射壓比較強，恆星本身需要更大的質量來抵抗輻射壓，所以在此時期誕生的恆星其實更趨向於大質量恆星。

在此前的一些研究中，科學家模擬出的第一代恆星就可能擁有巨大的質量，大約在一百倍太陽質量以上，質量相對較小的第一代恆星甚至有可能成群形成。然而，受限於設備水平以及數據支撐，這些仍然僅限於理論模型預測，缺乏實際的觀測証據。

如果宇宙早期真的可以形成大質量恆星，它們是否“心甘情願”死亡，給星系帶來大量塵埃和重元素？

“事實上，恆星的壽命主要取決於質量。質量越大的恆星，壽命越短，甚至有的大質量恆星，會在誕生后幾百萬年內死亡。”高揚表示，幾百萬年的時間聽起來雖然不短，但與宇宙約138億年的歷史相比，如彈指一揮間。

因此，宇宙早期星系的演化速度可能比我們預想的要快得多。如果此次研究結果能夠得以証實，對於研究宇宙早期星系的形成與演化具有重要意義。

王嵐表示，星系的形成和演化是一個非常復雜的過程，這一研究領域一直在發展，理論模型也在不斷完善。此次研究結果是否能夠推動星系演化模型的改進，還需要更多的觀測數據來支撐。

研究人員也表示，為了更多地了解這些遙遠的星系，未來希望能夠通過ALMA對單個星系進行更長時間的觀測，來確定這些塵埃在星系中的確切位置以及氣體是如何運動的﹔除此之外，還要把這些包含大量塵埃和重元素的星系與其他距離大致相同的星系進行比較，來找出它們是否具有某些特殊之處。（記者 陳曦）