新理论模型声称解开早期大质量星系之谜

由Starburst99计算的106𝑀星团中瞬时星爆的反馈机械能注入率，它是星爆后时间的函数。显示的是不同金属度和不同IMF的曲线。在每种情况下，实线代表恒星风和超新星的总能量，虚线仅代表超新星的贡献。左图:标准Kroupa IMF的三种不同金属性。右图:低金属度𝑍 =0.02𝑍.下的三种不同的IMF在所有情况下，超新星反馈的开始在𝑡的3 Myr成为主导时是急剧的。除了𝑍 =1𝑍，早期的恒星风反馈是可以忽略的，直到它在𝑡2 myr附近急剧上升。因此，在足够低的金属丰度下，1 Myr的爆发预计不会受到恒星风反馈和超新星反馈的影响。鸣谢:皇家天文学会月报(2023)。DOI: 10.1093/mnras/stad1557

（蜘蛛网eeook.com）据耶路撒冷希伯来大学：耶路撒冷希伯来大学的天体物理学家在《皇家天文学会月报》上发表了一个新的理论模型，该模型解决了宇宙中早期大质量星系形成的之谜。这些发现自然解释了最近使用詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)进行的观测，这些观测揭示了宇宙中惊人的大质量星系过剩——在大爆炸后的前5亿年已经存在——这与普遍接受的理论相反。

詹姆斯·韦伯望远镜于2021年底发射到太空，早在2022年7月就开始拍摄遥远星系的图像。研究人员出人意料地发现，与普通理论预计的星系数量相比，早期宇宙中存在过量的大质量星系。

根据研究人员提出的模型，原始星系中普遍存在的高密度和低丰度的重元素的特殊条件，允许在没有其他恒星干扰的情况下高效率地形成恒星。来自希伯来大学Racah物理研究所的研究小组由Avishai Dekel教授带领Kartick Sarkar博士、Yuval Birnboim教授、Nir Mandelker博士和Zhaozhou Li博士。

Dekel教授说:“在最初的5亿年里，研究人员已经确定了每个星系都包含大约100亿颗像我们太阳一样的恒星。”“这一发现令研究人员感到惊讶，他们试图找出对这一难题的合理解释，从对星系中恒星数量的观测估计被夸大的可能性，到表明大爆炸的标准宇宙学模型需要重大变化。”

根据流行的星系形成理论，重力导致分散在宇宙中的气体坍缩到巨大的球形暗物质云的中心，在那里它变成了像太阳一样的发光恒星。然而，迄今为止的理论和观测表明，星系中恒星形成的效率很低，只有大约10%落入云中的气体成为恒星。

这种低效率是由剩余气体加热或在风的影响下被吹出星系以及首先形成的恒星的超新星爆炸造成的。这与最近JWST显示的在短时间内产生大量恒星的现象相矛盾。

在这项研究中，Dekel教授和他的团队提出了一个称为“无反馈星爆”(FFB)的过程，这自然解释了这个谜。在早期星系普遍存在的独特条件下，气体有效地转化为恒星，而不会被反馈过程所破坏。这个想法是基于大质量恒星的形成和随后的超新星爆发之间超过一百万年的时间延迟。

在气体因恒星中产生的重元素而富集之前，研究人员认为，在稠密的早期宇宙中，形成恒星的云的密度高于一个阈值，该阈值允许气体在一百万年的“机会之窗”内迅速坍缩为恒星。这种在没有反馈的情况下高效率恒星形成的过程解释了观测到的大质量星系过剩。

“这项研究的发表标志着我们对宇宙中原始大质量星系形成的理解向前迈出了重要一步，无疑将引发进一步的研究和发现，”Dekel教授总结道。“这个模型的预测将通过使用网络空间望远镜积累的新观测结果进行测试，其中一些预测似乎已经得到了证实。”

Dekel补充说，在未来的研究中，将会调查所提出的FFB情景的重要含义。其中包括在FFB恒星形成星团的中心有效形成1000个太阳质量的种子黑洞，这是解释5亿年后在星系中心看到的10亿个太阳质量的惊人超大质量黑洞的关键。