太空深处发现与银河系相似星系

利用引力透镜现象，天文学家检查了一个距离极远的星系，该星系与银河系有很多共同特征。在宇宙历史的早期就发现了一个平静的星系，这使我们对星系如何形成的理论提出了质疑。

使用ESO作为合作伙伴的ALMA的天文学家发现了一个极其遥远的星系，它看起来像我们的银河系。SPT0418-47星系由附近的一个星系引力透镜，在天空中以近乎完美的光环出现。
（ALMA（ESO / NAOJ / NRAO），Rizzo等人。）

天文学家已经发现，存在于很早的宇宙中的遥远的年轻星系与我们的星系有着一些令人惊讶的相似之处。这个年轻的星系简称为SPT-S J041839–4751.9或SPT0418–47（距地球120亿光年），这一事实类似于银河系，围绕它的银河系也存在一些问题。大爆炸之后存在14亿年的星系，应该没有那么平静，混乱和结构良好。

因此，这一发现使我们的许多银河演化理论受到质疑。实际上，这一发现与一系列最近的发现相吻合，这些发现表明星系在宇宙历史中的形成要比以前认为的要早得多。

研究小组使用一种新的计算机建模技术，根据ALMA数据重建了遥远星系的真实形状，并在此处显示了其气体的运动。（ALMA（ESO / NAOJ / NRAO），Rizzo等人。）

马克斯·普朗克博士的弗朗西斯卡·里佐（Francesca Rizzo）说：“这一结果代表了银河系形成领域的一项突破，表明我们在附近的旋涡星系和银河系中观察到的结构已经存在了120亿年前。”德国天体物理研究所，是该论文的主要作者，详细介绍了今天在《自然》杂志上发表的发现。

如果没有ESO位于智利安第斯山脉的Atacama大毫米/亚毫米阵列（ALMA）令人印象深刻的技术，就不可能观测到这个遥远的星系，这还取决于另一个星系的发明以及爱因斯坦星系的非凡特征。广义相对论。该团队根据中间星系的引力透镜，从ALMA接收到的环形图像中重建了SPT0418–47的准确图像。

“我们已经非常详细地研究了一个非常遥远的星系。这意味着要在时间回来，我们可以看到这个星系时，它是非常年轻的，大爆炸1.4十亿年后，”里佐的合着者，菲利波Fraternali，从卡普坦天文研究所，荷兰格罗宁根大学，告诉ZME科学指的是SPT0418-47发出的光已经传播了120亿年才能到达我们这一事实。

“鉴于星系不能在大爆炸之后立即形成，我们可以估计SPT0418–47 [如我们所见]大约存在10亿年。”

遥远的银河Doppelganger，具有一些关键差异

SPT0418–47具有中央凸起和旋转圆盘，银河系和其他局部星系也显示出两个特征。但是，它缺少银河系的旋臂，并且比我们的家星系小得多。这是天文学家第一次在如此遥远的星系中发现一个中央凸起-恒星紧紧地聚集在银河系中心周围。

但是，Fraternali指出，仅因为SPT0418–47在我们所看到的阶段类似于银河系，但这并不意味着它像我们的银河系一样演化。“重要的是，尽管SPT0418-47现在与银河系相似，但这并不意味着120亿年前的银河系看起来像SPT0418-47，”研究人员补充说。

“实际上，我们认为SPT0418-47将演变成与银河系完全不同的椭圆形星系，它的质量更大，并且没有气体。”

天文学家如何重建SPT0418-47（ALMA（NRAO / ESO / NAOJ）/ Martin Kornmesser（ESO）/ Robert Lea）

两个星系之间的另一个主要区别是SPT0418-47形成恒星的速度要快得多，这对于旋转的圆盘来说是不寻常的。“ SPT-S J041839–4751.9属于特定的星系群，被称为尘埃形成恒星系，”论文的另一位合著者，马克斯·普朗克天体物理学研究所的引力透镜专家，西蒙娜·维格蒂（Simona Vegetti）说道。ZME科学。“顾名思义，这些星系正在经历大量的高速率恒星形成爆发。”

Vegetti继续解释说，天文学家相信，随着年龄的增长，像SPT0418-47这样的星系将转变为所谓的早期型星系-一种消耗了大部分气体并且不再形成恒星的星系。

她说：“通过将SPT-S J041839–4751.9的特性与附近早期星系的特性进行比较，我们可以了解有关导致从一种星系转变为另一种星系的过程的一些知识。” “这有点像比较年轻人和老年人的特性，它为我们提供了一些有关衰老过程的提示。”

但是，遥远星系最令人费解的方面是它看起来如何平静和有序。当前的宇宙学模型无法解释某些问题。

年轻又混乱？

我们当前的宇宙学模型表明，我们所居住的SPT0418–47宇宙是一个混乱而动荡的地方。而且在这个时期发现的星系有望反映出这些特质，即使它们确实具有某种结构，也应该通过周围的暴力条件将其清除。

Fraternali说：“一般的想法是，在这些距离/时间的星系非常混乱，由于恒星形成非常强烈，人们几乎无法识别出由大量下落气体和强大爆炸组成的细丝中形成的圆盘。”

Vegetti解释说，早期宇宙中的星系有望成为超新星爆炸等强大现象的发源地，Vegetti解释说，他补充说：“我们希望SPT-S J041839–4751.9非常湍急，换句话说，我们希望这个星系中的气体运动会在风和外流中无序移动。”

但是团队的观察揭示了完全不同的情况。他们实际发现的是，实际上SPT0418-47中的气体运动是围绕银河系中心以一种有序的方式安静地旋转。正如Vegetti指出的那样：“很难在最新的最新银河系数值模拟的背景下解释这种行为。”

对于Fraternali来说，仍然存在的一个人的问题是，这些特征以及SPT0418-47在其他较旧星系中相对“平静”的情况有多普遍？“由于我们没有选择星系-偶然地，它沿着视线与透镜完美对准-我们可能会争辩说它当时可以代表大部分的大型星系。”

因此，及时回头以进一步研究这些遥远的恒星至关重要。但是，正如您可能想象的那样，这绝非易事。实际上，正如Fraternali所指出的那样，对SPT0418–47的研究只有通过另一个与我们之间的银河系的介入以及随之而来的引力透镜现象才能实现。

作为透镜的星系-引力透镜的力量

SPT0418-47和中间星系的精确对准意味着它对ALMA团队来说是近乎完美的环-这种结构被天文学家称为“爱因斯坦环”，因为它与通用理论有关相对论-爱因斯坦在20世纪初提出的重力几何理论。

引力透镜的作用取决于这样一个事实，即质量物体弯曲了周围时空的结构。质量越大，曲率就越极端。用于描述此问题的最常见类比是拉伸的橡胶片，上面放置有质量不断增加的物体。保龄球比大理石或网球在床单上产生更大的“凹痕”。

这意味着像质量很大的星系这样的物体会弯曲通过它的光的路径，这通常会导致透镜后面的物体看起来位于不同的位置。在极端情况下，会产生一个由光构成的“爱因斯坦环”，该光在绕过的银河系中采用不同的弯曲路径，因此在稍微不同的时间到达地球。但是，它不仅是引力的美丽和奇特现象，还是强大的观测工具。

来自遥远星系的光由于前景星系的引力效应而扭曲，前景星系的作用像透镜一样，使遥远的光源看起来像是扭曲的，但被放大了，形成了特征性的光环，称为爱因斯坦环。这种效果使天文学家能够比其他地方更精细地看到遥远的星系SPT0418-47（在ALMA图像中显示为金戒指）。在SPT0418-47的ALMA图像中看不到前景星系，因为它在所使用的波长下太微弱了。在此示意图中使用的表示该前景星系的蓝色是人造的。图片来源：ALMA（NRAO / ESO / NAOJ）/ LuisCalçada（ESO）

Vegetti说：“由于这些星系非常遥远，因此使用现有的望远镜对其进行详细研究是一项挑战，因此它们的能力不足。” “然后我们的团队利用强重力透镜效应来克服这一局限性。”

该团队使用的过程首先涉及寻找一对彼此远离但与我们在地球上有利位置对准的星系。Vegetti阐述道：“离我们更近的星系将像一个镜头，为我们提供更远的星系的放大视图。” “这就像通过功能更强大的望远镜进行观察。

“当我们开始研究这个物体时，我们不知道要找到什么。在如此细致的水平上，几乎没有其他关于如此年轻的星系的研究。”

Vegetti解释说，下一代望远镜，例如James Webb太空望远镜和ESO的超大型望远镜（ELT），应该可以更详细地研究SPT0418-47银河系当代人。这将使研究人员能够发现这些特征的普遍性，进而可能引发人们对宇宙历史中早期有序星系的形成方式的重新思考。她也对该研究的主要作者特别赞扬。

Vegetti总结说：“这些新设施将把这种类型的分析推向新的高度，使我们能够更详细地观察更年轻的星系。” “ Francesca Rizzo在这一研究领域中处于领先地位。她是一位杰出的年轻科学家，我喜欢与他一起工作，因此我期待着我们的下一个发现！”