星系婴儿集群或对宇宙模型构成挑战

星系婴儿群可能挑战宇宙模型

JADESID1形成于大爆炸仅十亿年后，可能是天文学家迄今为止观测到的最早、最遥远的星系原星团

JADESID1的合成红外和X射线图像，这是一个在大爆炸约10亿年后被观测到的正在成长的星系原星团。白色方框展示了钱德拉X射线天文台（蓝色）的观测视角，该视角叠加在詹姆斯韦布空间望远镜拍摄的红外图像上。X射线图像由美国国家航空航天局（NASA）欧洲航天局（ESA）加拿大航天局（CSA）太空望远镜科学研究所（STScI）提供；图像处理由美国国家航空航天局（NASA）钱德拉X射线中心（CXC）史密松天体物理台（SAO）P.埃德蒙兹和L.弗拉塔雷完成。

X射线NASAESACSASTScI；图像处理：NASACXCSAOP埃德蒙兹和L弗拉泰尔

天文学家在早期宇宙中发现了一个神秘成熟的婴儿星系团，距离大爆炸仅约10亿年。尽管它并非完全成熟、发育完全的星系团，但这个原星系团的规模和发育程度仍超出了大多数模型的轻易解释范围——而且它可能还是迄今为止观测到的最遥远的原星系团。借助美国国家航空航天局（NASA）的钱德拉X射线天文台和詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）发现的这个原星系团，其奇特的状态上周在《自然》杂志发表的一项研究中被公布。

星系团常被称为天体物理学和宇宙学的‘十字路口’，密歇根大学天体物理学家埃琳娜拉西亚说道，她并未参与这项研究。星系团是研究星系如何相互作用以及超大质量黑洞如何增长的天然实验室。追踪星系团在漫长的时间和广阔的空间中如何形成，也有助于我们了解宇宙网以及塑造宇宙网的宇宙学参数。拉西亚表示，这个目前独一无二的原星系团从上述两方面来看都可能具有重要意义。

由于位于詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）的高级深空外星系巡天（JADES）项目中，这个原星团被命名为JADESID1，它与其他约24个早期宇宙候选天体一起，在去年发表的另一项研究中首次被报道。JWST的数据表明，JADESID1至少包含66个年轻星系，这项最新研究测得该原星团的质量约为太阳系的20万亿倍。其大部分质量以不可见的暗物质形式存在，但钱德拉X射线天文台的数据显示，该原星团还嵌入在一团巨大的、发出X射线的炽热气体云中。

研究首席作者、哈佛史密森尼天体物理中心的天体物理学家阿科斯博格丹表示，钱德拉的数据对于确认这个原星团是真实存在的至关重要。在星系团巨大引力场的吸引下，涌入的气体堆积并产生冲击波，温度升至数百万度，形成X射线辉光；天文学家将这种弥漫的星系际大气称为星系团内介质，它通常是成熟、稳定系统的标志。然而，对于JADESID1来说，它显示的却是一个正在通过吞噬周围气体快速成长的婴儿星团——比之前保持纪录的X射线明亮原星团在宇宙舞台上出现的时间早了约20亿年。

JADESID1真的是拥有X射线辐射大气的最年轻星系团，博格丹说，而且这一发现将X射线原星系团的探测边界推进到了比之前的例子早得多的时期。他补充道，鉴于推断出的JADESID1的巨大质量，以及天文学家为找到这个天体所观测的极小一片天空，要么我们（看到它）极其幸运，要么我们正在捕捉宇宙中一个异常快速增长的区域。

星系团形成的标准模型预测，如此巨大的天体不应该在宇宙历史的早期就存在。而且，假设它在之后更近期的宇宙时期继续其惊人的增长，JADESID1最终会成为一个异常庞大的成熟星系团。但这个庞大的原星系团的存在是否真的需要改写教科书，还有待观察。

的确，我们还不完全明白这样的结构是如何形成的，以及为何能在如此早的时期就显得如此先进，未参与JADESID1研究的慕尼黑路德维希马克西米利安大学的计算天体物理学家克劳斯多拉格说道。不过，多拉格补充道，我们可能已经对这里发生的情况有了一些线索。

在2023年的一项研究中，多拉格（Dolag）及其同事对仅比JADESID1晚约5亿年的原星系团聚集过程进行了可靠模拟，发现许多虚拟天体在那个时候就已形成了可探测到的X射线大气。但在2023年这项研究中模拟的最大、形成最早的原星系团里，随着模拟推进到现代宇宙，没有一个发展成超大星系团。相反，随着它们逐渐成熟并耗尽周围可用的气体储备，其增长速度放缓。多拉格表示，如果JADESID1也有相同的变化趋势，那么它在早期观测到的巨大规模就没那么神秘了。

意大利的里雅斯特大学天体物理学家斯特凡诺博尔加尼并未参与这些研究中的任何一项，他指出，由于探测JADESID1和其他早期原星团的X射线已将钱德拉望远镜推向极限，研究人员很难评估他们对这些极端系统的真实了解程度。要更清楚地了解[JADESID1]是否挑战了我们目前对宇宙结构形成的理解，将需要等待下一代X射线望远镜——它们拥有钱德拉望远镜的锐利视野，但灵敏度更高，他说。

博格丹认同天文学家需要研究更多同一时期的原星系团。接下来的步骤应该是找到更多像这样的星系系统，并构建早期宇宙中原星系团的更大样本，这样我们就不用只依赖单个天体了，他说。

多拉格表示，无论如何，解开这个成熟星系团的谜团都将带来重要突破。要么我们会了解到关于塑造星系形成的各种物理过程之间复杂相互作用的新内容，要么我们会发现，我们的宇宙学基本背景模型确实存在缺陷，导致我们过度简化了问题。

相关知识

星系婴儿团指处于早期形成阶段的星系群组。在宇宙演化历程中，这些星系刚诞生不久，如同婴儿。它们和成熟星系相比，质量小、结构简单，物质丰富且活跃，不断聚集物质、形成恒星，是研究星系起源和演化的重要对象。

BY: Lee Billings

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参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自： https://www.scientificamerican.com/article/astronomers-find-a-baby-cluster-of-galaxies-that-could-break-cosmic-models/

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