天文學家利用詹姆斯韋伯太空望遠鏡發現了迄今為止所見最遙遠的靜止星系——該星系在宇宙大爆炸後僅 7 億年就停止了恆星形成。這對現有的星系演化模型提出了挑戰，因為這些模型無法解釋如此巨大的“紅色死亡”星系如何如此早地形成。

Die Galaxie mit der Bezeichnung RUBIES-UDS-QG-z650 quetscht mehr als 0 Milliarden Sonnenmassen in einen Raum von nur 0 Lichtjahren Breite, was darauf hindeutet, dass sich die dichten Kerne der heutigen riesigen elliptischen Galaxien sehr früh gebildet haben könnten.

Im frühen Universum wuchsen Galaxien, indem sie Gas aus dem umgebenden intergalaktischen Medium absorbierten und diese Gase in neue Sterne umwandelten. Wenn die Masse der Galaxien zunimmt, kann es Gas effizienter anziehen und die Sternentstehung beschleunigen. Aber dieses Wachstum wird nicht ewig anhalten. Schließlich durchlaufen Galaxien einen Prozess namens "Quenching", bei dem sie aufhören, Sterne zu bilden, und tatsächlich aufhören zu wachsen.

Heute haben Astronomen herausgefunden, dass etwa die Hälfte der Galaxien im Universum keine Sterne mehr bildet. Diese Galaxien sind als stationäre Galaxien, erloschene Galaxien oder "rote tote Galaxien" bekannt. Sie erscheinen rot, weil sie ihre jungen, heißen, blauen Sterne erschöpft haben und nur ältere, kühlere, rötliche Sterne übrig bleiben.

Die drei Spektren, die von JWST/NIRSpec aufgenommen wurden, überlagern sich mit den Bildern, die von JWST/NIRCam, zwei Instrumenten an Bord des James-Webb-Weltraumteleskops, aufgenommen wurden. In der Mitte sind Rekordgalaxien dargestellt. Es erscheint rot im Bild und sein Spektrum nimmt nach links ab (kurze Wellenlänge). Zum Vergleich zeigen das obere und untere Spektrum (blau und violett) typische Sternentstehungsgalaxien aus ähnlichen Perioden der kosmischen Geschichte. Quellen: NASA/CSA/ESA, A. Weibel, PA Oesch (Universität Genf), RUBIES Team: A. Murphy de Graaff (MPIA Heidelberg), G. Brammer (Niels Bohr Institut), DAWN JWST Archiv

Stationäre Galaxien sind besonders häufig in den massereichsten Galaxien, die in der Regel elliptisch geformt sind. Diese Galaxien brauchen in der Regel eine lange Zeit, um sich zu bilden, und sammeln zunächst eine große Anzahl von Sternhaufen an, und dann hört die Sternentstehung auf. Was genau das Aussterben von Galaxien verursacht hat, bleibt jedoch eine der größten unbeantworteten Fragen in der Astrophysik.

«Die Suche nach den ersten massereichen stationären Galaxien (MQGs) im frühen Universum ist von entscheidender Bedeutung, weil sie die Mechanismen aufdeckt, durch die sie sich gebildet haben könnten», sagt Pascal Oesch, ausserordentlicher Professor am Institut für Astronomie der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf und Mitautor der Studie. Daher ist die Suche nach einem solchen System seit vielen Jahren das Hauptziel der Astronomen.

隨著技術的進步，尤其是近紅外光譜技術的發展，天文學家在越來越早的宇宙時代證實了大質量靜止星系 (MQG)。它們推斷的豐度一直難以與星系形成的理論模型相協調，因為理論模型預測此類系統需要更長的時間才能形成。借助詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (JWST)，這種緊張關係被推至紅移 5（大爆炸後 12 億年），近年來已證實了幾個 MQG。日內瓦大學領導的新研究表明，這些星系的形成時間比之前認為的更早、更快。

Im JWST-Zyklus 2 hat das Wide Area Project RUBIES (Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey), eines der größten von Europa geleiteten Projekte zur extragalaktischen Forschung mit dem NIRSpec-Instrument, spektrale Beobachtungen von Tausenden von Galaxien erfasst, darunter Hunderte von neu entdeckten Quellen aus früheren JWST-Bilddaten.

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 徹底改變了我們對早期宇宙的看法，揭示了巨大的星系在宇宙大爆炸後僅 7 億年就已停止形成恆星——比預測的要早得多。其強大的紅外能力使天文學家能夠在創紀錄的距離探測和研究這些意外“死亡”的星系。圖片來源：諾斯羅普·格魯曼

在這些新光譜中，科學家發現了迄今為止發現的最遙遠的 MQG，其光譜紅移為 7.29，距離大爆炸僅約 7 億年。NIRSpec/PRISM 光譜揭示了如此年輕的宇宙中恆星群的驚人古老。光譜和圖像數據的詳細建模表明，該星系在大爆炸後的前 6 億年內形成了超過 100 億（10 10）太陽品質的恆星，然後迅速停止恆星形成，從而證實了其靜止性質。

“這個名為 RUBIES-UDS-QG-z7 的星系的發現意味著，宇宙誕生後的前 10 億年中，巨大的靜止星系數量比迄今為止任何模型預測的數量多 100 多倍，”日內瓦大學理學院天文系博士生、論文第一作者 Andrea Weibel 說道。這反過來又表明，理論模型中的關鍵因素（例如恆星風的影響，以及由恆星形成和巨大黑洞驅動的流出強度）可能需要重新審視。星系的消亡比這些模型預測的要早得多。

Schließlich ist die physikalische Größe von RUBIES-UDS-QG-z5 klein, nur etwa 0 Lichtjahre, was bedeutet, dass die stellare Massendichte hoch ist, vergleichbar mit der höchsten zentralen Dichte, die in stationären Galaxien (z ~0-0) mit etwas niedrigeren Rotverschiebungen beobachtet wird. Diese Galaxien werden sich wahrscheinlich zum Kern der ältesten und massereichsten elliptischen Galaxien im lokalen Universum entwickeln.

"Die Entdeckung von RUBIES-UDS-QG-z7 liefert zum ersten Mal einen starken Beweis dafür, dass die Zentren einiger naher massereicher elliptischer Galaxien bereits in den ersten paar hundert Millionen Jahren des Universums existiert haben könnten", fasst Anna de Graaff, leitende Forscherin des RUBIES-Projekts, Postdoktorandin am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und Zweitautorin der Arbeit, zusammen.

編譯自/ScitechDaily