http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2011-11-05
研究发现120亿年前星系重元素含量超预期
这张图像中反映的是早期宇宙中的两个星系。左侧的明亮亮点是一次伽马射线爆发事件。它的光线在抵达地球之前穿过了这两个星系。对它的光谱进行分析之后，科学家们惊讶地发现它们的重元素丰度超出了预期
新浪科技讯 北京时间11月4日消息，一个国际天文学家小组近日利用遥远的短暂伽马射线暴对远距离星系的成分结构进行了研究。令人意外的是，在这项利用欧洲南方天文台甚大望远镜(VLT)开展的观测研究工作中，科学家们惊讶地发现存在于早期年轻宇宙中的两个星系竟然含有比太阳更高的重元素丰度。这两个星系可能正处于合并过程当中。科学家们怀疑正是这些早期宇宙中处于合并过程中的星系导致了大量新生恒星的出现，并引发了伽马射线暴。
伽马射线暴是宇宙中最明亮的爆发。人们最初是在轨道运行的空间探测器针对瞬时伽马射线的观测中发现这一现象的。一旦爆发的源位置被锁定，地面的大型望远镜将立即指向进行详细观测，在可见光和红外波段观测其爆发情况以及持续数小时至数天的余晖。其中一个这样的爆发源名为GRB 090323，最初由美国宇航局费米伽马射线空间望远镜发现。随后美国宇航局在轨运行的“雨燕”伽马射线探测器立即确定了它的精确方位。接下来，位于智利的MPG/ESO 2.2米望远镜加装GRONG系统设备立即启动，一天后，欧洲南方天文台甚大望远镜也对准目标展开详细观测。
甚大望远镜的观测资料显示这一射线暴的光线已经越过其本身所在的星系以及一个近邻星系。我们目睹的是这些星系在大约120亿年前的情景。这样遥远的星系在之前的伽马射线研究观测中是很少见到的。
德国马克斯普朗克研究所的桑德拉·萨瓦格里欧(Sandra Savaglio)是这一研究论文的第一作者，他说：“当我们对这一伽马射线暴的光线进行研究时，我们并不知道我们将发现什么。这些星系的气体成分中显示如此特别的化学组成让我们很讶异。我们注意到这些星系中含有的重元素丰度是我们之前从未在如此遥远的早期宇宙中见到过的。我们没有料到当时的宇宙会如此成熟，化学演化竟然会在如此早期的阶段达到那样的程度。”
当伽马射线暴发出的光线穿过这些遥远的星系时，星系中的气体将会吸收掉其中一定波长的光。如果没有发生伽马射线暴，我们将永远不会知道这些星系的存在。通过对我们接收到的光谱进行仔细分析，科学家们能够获知这些遥远星系中所含气体的化学成分，尤其是它们的重元素丰度情况。
按照传统观点，早期宇宙星系中的重元素丰度应当要比今天的宇宙星系，如银河系，要低。这是因为宇宙中的重元素源自一代代恒星的诞生和消亡，每一代恒星的毁灭都会为宇宙添加重元素含量。事实上天文学家们可以通过光谱测量某一星系中重元素的丰度，从而推算出它的年龄。但是这一次的研究却显示有一些星系早在宇宙大爆炸之后大约20亿年便已经拥有相当高的重元素丰度了。这样的观点对于天文学家们而言，即使是在今天都是不可想象的。
科学家们相信这两个星系必定正以极高的速度生成恒星并迅速更新换代，这样便导致其气体成分中的重元素丰度急速上升。考虑到这两个星系之间距离很近，它们很可能正处于撞击合并过程之中，这样的过程将导致剧烈的恒星新生过程。这一发现同时也从某一角度证明了一个假设，那就是伽马射线暴似乎是在剧烈的星系合并过程中产生的。
像这种在星系合并过程中发生的剧烈恒星新生现象可能在宇宙早期历史中便已经逐渐消失了。120亿年后的今天，宇宙中已经充斥着黑洞和低温的矮星，形成了大量我们难以探测到的“死星”，它们数十亿年前的光辉生命早已无处寻觅。要想在宇宙中搜寻这类恒星“尸体”就目前的技术条件来看还是非常具有挑战性的。
萨瓦格里欧说：“我们很幸运，在GRB 090323还足够明亮的时候开展了观测，也因而能够利用甚大望远镜获取到详细的光谱数据。伽马射线暴的亮度仅能保持很短的时间，因此获得高质量的数据是非常困难的。我们希望在未来能再次对这些星系展开观测，那时我们已经有了更加敏感的仪器设备，它们将是我们完美的观测目标。”(晨风)
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