揭秘宇宙大爆炸后星系的亮度：恒星爆发的作用

作者：段跃初

嘿，大家好！今天我要给大家分享一些关于宇宙奥秘的有趣知识。你们知道为什么宇宙大爆炸后星系会如此明亮吗？最近的一项研究揭示了其中的秘密，那就是恒星爆发的作用。

在太空中，星系的亮度通常由其质量决定。然而，新的研究表明，质量较小的星系也可以像较大的星系一样明亮。这是因为在恒星形成的过程中，会出现不规则且辉煌的爆发，使得一些年轻的星系看起来似乎很大。这项研究发表在《自然》杂志的天体物理学杂志快报上。

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）在2022年发布的首批恒星图像让一些天文学家感到困惑。他们发现，一些年轻的星系看起来太亮、太大、太成熟，不可能在大爆炸后这么快就形成。这就像一个婴儿在几年后长成大人一样，让人难以置信。

“这些星系的发现是一个很大的惊喜，因为它们比预期的要亮得多，”该研究的合著者、西北大学天体物理学家克劳德-安德烈·福彻-吉古埃尔说。“通常来说，一个星系之所以明亮是因为它很大。但是因为这些星系是在宇宙黎明时形成的，自宇宙大爆炸以来还没有过足够长的时间。这些巨大的星系是如何如此迅速地聚集在一起的？我们的模拟表明，星系在宇宙黎明前形成这种亮度没有问题。”

宇宙黎明是宇宙学历史上一个重要的时期，持续了大约1亿年，直到大爆炸后的10亿年，这是宇宙中第一批恒星和星系形成的时期。

该研究的合著者、西北大学天体物理学家郭超·孙说：“JWST给我们带来了许多关于宇宙黎明的知识。在JWST之前，我们关于早期宇宙的大部分知识都是基于很少来源的数据进行的推测。随着观测能力的大幅提高，我们可以看到星系的物理细节，并利用可靠的观测证据来研究物理学，以了解正在发生的事情。”

为了解释这些观测结果，研究团队使用了先进的计算机模拟技术来模拟宇宙大爆炸后星系的形成过程。这些模拟结合了天体物理学理论和高级算法，帮助我们了解星系是如何生长和改变形状的。

“关键是要在短时间内在一个系统中再现足够的光量，”孙说。“这可能是因为该系统非常庞大，或者因为它有能力快速产生大量的光。在后一种情况下，系统不需要那么庞大。如果恒星形成发生在爆发中，它会发出闪光。这就是为什么我们看到几个非常明亮的星系。”

这些模拟研究创造了和JWST观测到的星系一样明亮的星系。他们还发现，在宇宙黎明形成的早期星系可能有爆发形成的恒星。这个概念叫做爆发恒星形成，恒星以交替模式形成。它们以一堆恒星同时形成，然后数百万年几乎没有恒星，然后又一次恒星爆发。相比之下，我们的银河系以稳定的速度遵循着非常不同的恒星形成模式。

根据福彻-吉古埃尔的说法，爆发式恒星形成在低质量星系中更为常见。然而，为什么会发生这种情况的细节仍然是其他研究的主题。这项研究的团队认为，当恒星的初始爆发在几百万年后爆发为超新星时，就会发生这种情况。气体被踢出，然后向内回落，形成新的恒星，再次推动循环。

当星系变得足够大时，它们的引力明显更强。因此，当超新星爆发时，它们不足以从恒星系中喷出气体，引力将星系束缚在一起。结果是更稳定的状态。

“一个星系中的大部分光来自最大质量的恒星，”福彻-吉古埃尔说。“因为质量更大的恒星燃烧速度更快，所以寿命更短。它们在核反应中迅速耗尽燃料。因此，一个星系的亮度与它在过去几百万年中形成的恒星数量更直接相关，而不是整个星系的质量。”

所以，下次当你仰望星空时，想象一下那些遥远的星系，它们的亮度可能来自于恒星爆发所发出的灿烂光芒。这是多么令人兴奋啊！谢谢大家的聆听！

参考资料：
Star bursts can make young galaxies dazzle | Popular Science https://www.popsci.com/science/star-bursts-cosmic-dawn/