银河考古学：与韦伯一起解开宇宙最古老的奥秘

罗格斯大学天文学家寻找有关早期宇宙的线索。

由罗格斯大学新不伦瑞克省天文学家领导的研究小组利用通过美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜收集的大量数据集，正在挖掘早期宇宙中存在的条件的线索。

据研究人员称，该团队已经对Wolf-Lundmark-Melotte（WLM）星系中恒星的年龄进行了编目，构建了迄今为止最详细的图片。WLM是银河系的邻居，是恒星形成的活跃中心，包括130亿年前形成的古老恒星。

穿越宇宙的考古挖掘

“通过如此深入地观察和看得如此清楚，我们已经能够有效地回到过去，”艺术与科学学院物理与天文学系助理教授克里斯汀·麦奎恩（Kristen McQuinn）说，他领导了这项研究，在《天体物理学杂志》上描述。“你基本上是在进行一种考古挖掘，寻找在宇宙历史早期形成的非常低质量的恒星。

McQuinn认为，由罗格斯大学高级研究计算办公室管理的Amarel高性能计算集群使该团队能够计算出银河系的恒星发展历史。McQuinn说，研究的一个方面涉及进行一次大规模计算并重复600次。

她补充说，主要的计算工作还有助于确认望远镜校准和数据处理程序，这将使更广泛的科学界受益。

低质量星系的重要性

所谓的“低质量”星系对McQuinn特别感兴趣。因为它们被认为主宰了早期宇宙，所以它们使研究人员能够研究恒星的形成、化学元素的演化以及恒星形成对星系气体和结构的影响。它们微弱并散布在天空中，构成了当地宇宙中的大多数星系。像韦伯这样的先进望远镜让科学家可以更近距离地观察。

WLM – 一个“不规则”星系，这意味着它不具有独特的形状，例如螺旋或椭圆 – 由德国天文学家Max Wolf于1909年发现，并于1926年由瑞典天文学家Knut Lundmark和英国天文学家Philibert Jacques Melotte进行了更详细的描述。它位于本星系群的郊区，本星系群是一个哑铃形的星系群，包括银河系。

McQuinn指出，位于本星系群的边缘保护了WLM免受与其他星系混合的破坏，使其恒星种群处于原始状态，对研究有用。WLM对天文学家来说也很有意思，因为它是一个动态的、复杂的系统，含有大量的气体，使它能够积极地形成恒星。

WLM星系中的恒星形成

为了制定银河系的恒星形成历史 – 宇宙中不同时期恒星诞生的速度 – McQuinn和她的团队使用望远镜煞费苦心地将包含数十万颗恒星的天空归零。为了确定恒星的年龄，他们测量了它的颜色（温度的代名词）和亮度。

“我们可以利用我们对恒星演化的了解以及这些颜色和亮度所表明的，基本上可以使银河系的恒星老化，”McQuinn说，并补充说，研究人员随后计算了不同年龄的恒星，并绘制了宇宙历史上恒星的出生率。“你最终得到的是一种感觉，即你所看到的这个结构有多古老。

以这种方式对恒星进行编目向研究人员表明，WLM的恒星产生能力会随着时间的推移而起伏。该团队的观测结果证实了科学家使用哈勃太空望远镜的早期评估，表明该星系在宇宙历史的早期产生了恒星，时间跨度为30亿年。它停顿了一会儿，然后重新点燃。

McQuinn说，她认为这种停顿是由早期宇宙特有的条件引起的。

“当时的宇宙真的很热，”她说。“我们认为宇宙的温度最终加热了这个星系中的气体，并在一段时间内关闭了恒星的形成。冷却期持续了几十亿年，然后恒星形成再次进行。

这项研究是美国宇航局早期发布计划的一部分，该计划由指定的科学家与太空望远镜科学研究所合作，进行旨在突出韦伯能力并帮助天文学家为未来观测做准备的研究。

美国宇航局于 2021 年 12 月发射了韦伯望远镜。大型镜面仪器绕太阳运行，距离地球一百万英里。科学家们在望远镜上争分夺秒地研究一系列课题，包括早期宇宙的条件、太阳系的历史以及寻找系外行星。

“这个项目将产生很多尚未完成的科学研究，”McQuinn说。