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新星系如微小时间胶囊 可反映大爆炸后宇宙环境

http://www.kexue.com 2014-03-10 09:38:32 新浪科技  发表评论


新发现银河系近邻:狮子座P矮星系

  利用世界一流的望远镜,来自明尼苏达大学的天体物理学家埃文-斯基尔曼(Evan Skillman)和克里斯滕-麦奎恩(Kristen McQuinn)在银河系的“后院”中发现了一处宇宙大爆炸的残留。

  两位科学家均为发现“狮子座P”(Leo P)星系的国际团队成员。狮子座P是一个很小的星系,只有为数不多的恒星,但具有巨大的氢原子和氦原子云。天文学家对这些云中的元素比例非常感兴趣,认为这可能反映了大爆炸之后几分钟的宇宙环境。

  埃文-斯基尔曼是一位天文学家教授,克里斯滕-麦奎恩则是一位研究助理,他们通过位于亚利桑那州格拉汉姆山的大双筒望远镜(Large Binocular Telescope, LBT)对狮子座P星系进行观察。他们的研究主要涉及该星系的距离和化学组成,研究结果发表在近期的《天文学杂志》(Astronomical Journal)上。

  大爆炸理论描述了在早期宇宙,最初的氢原子如何形成,以及一部分氢原子如何融合形成最初的氦原子。然而,在大爆炸大约五分钟以后,宇宙的冷却终止了这一过程,留下一个含有氢原子和氦原子大的“原始池”。“氦相对于氢的原始丰度,是为数不多的几种可以直接探测早期宇宙的测量方法之一,”麦奎恩解释道,“只在非常短的一段时间内,宇宙的温度适合氢原子融合形成氦原子。如果在那段时间之后的氦原子丰度可以测得,并且与大爆炸理论预测的一致,那将成为该理论成立的有力证据。”

  在大爆炸之后数百万年的时间里,最初的恒星出现,开始通过核聚变将氢原子和氦原子转化为较重的元素,从而使氢原子和氦原子的原始池不断受到污染。不过,在像狮子座P这样的小星系中,由于恒星形成的效率低下,因此较重元素的污染被降到最低。尽管非常罕见,但这些星系成为了研究早期氢/氦原始池的理想模型。

  克里斯滕-麦奎恩和埃文-斯基尔曼及其同事们测定了狮子座P的氦原子丰度,发现氦原子与氢原子的比例大约为1比12。斯基尔曼指出,这一结果与大爆炸理论的预测相当吻合。

  非常有用的氦

  “狮子座P”很适合这一星系,因为“P”代表“原始”(pristine)。说到名字,氦(helium)来源于希腊语“Helios”,意为太阳神。1868年,有人发现在太阳光谱中有一条黄色谱线,认为其属于太阳上的某个未知元素,因此命名为氦。后来,这种元素被用于冷却或给气球充气,但它的用途远不止于此。

  “对恒星和星系中的氦和其他元素的研究,可以提供有关核反应的基础知识,并了解这些元素如何形成,”斯基尔曼说,“这些研究可以揭示物理定律运作的机制——它们是所有现代技术的基础。”

  “尽管在研究中会涉及数百万的星系,但只有为数不多的几个星系具有和狮子座P相似的特征,而且大约每十年才能发现一个这样的星系。”

  微小的时间胶囊

  狮子座P被归为矮星系,其形状如同一块凹凸不平的薄烤饼。它的长轴只有3900光年,仅相当于银河系直径的4%。如果银河系是一个排球,那狮子座P就只有一个豌豆大小。如此微小的体积,以及星系中恒星的缺乏,使得它在很长时间内都没有被人类发现。

  据天文学家测定,狮子座P距离地球仅有570万光年,是银河系最近的大邻居——仙女座星系距离的三倍。仙女座星系是夜空中一个显著的星系,位于银河平面以南;而狮子座P星系则在银河系平面的北边。

  在不久的未来,我们就可以获得狮子座P星系更好的图像。埃文-斯基尔曼和克里斯滕-麦奎恩及其团队正利用哈勃太空望远镜对该星系中的恒星进行观测。他们已经打开了通往大爆炸的时间胶囊,接下来又将会揭示什么激动人心的秘密呢?(任天)

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