在早期星系中，恒星的形成速度非常快。每年有数十颗到数万颗恒星形成。要了解早期星系中的恒星形成过程，研究这些星系中的气体含量和尘埃具有重要意义。通过这些研究，我们能有望更好地了解这些星系的属性，比如有多少恒星正在形成，气体转化为恒星的速度，星系之间以及星系与星际介质的相互作用等等。
水（H2O），是宇宙中第三丰富的一类分子，仅次于氢分子（H2）和一氧化碳分子（CO）分子之后。有研究表明，水或许可以被视为恒星形成的标志。在过去的一些对近域宇宙和早期宇宙的星系的研究中，天文学家已经将对宇宙中的水的观测，与来自尘埃的远红外辐射联系在了一起。尘埃会吸收来自星系中的恒星的紫外辐射，并以远红外光的形式重新释放。这会进一步激发水分子，产生能被观测到的水的信号。
最近，一项发表在《天体物理学杂志》杂志上的研究表明，天文学家利用这种方法，在一个遥远的、古老的大质量星系中，发现了水的痕迹。这是迄今为止对早期宇宙中的星系的分子气体含量的最详细观测，同时也是对水的最远规则产星星系的的探测。新的观测结果首次证明了，对地球生命来说必不可少的水，也在第一批恒星的形成过程中起到了重要作用。
这个星系名为SPT0311-58，它距离地球约128.8亿光年之远。2017年，阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵（ALMA）的科学家首次探测到这个星系，它所看到的是大爆炸后10亿年左右的画面，正处于再电离时期的星系。根据天文学家的估算，当时这个星系的年龄大约只有7.8亿年，大约为现在年龄的5%。
在目前所有已知的早期宇宙星系中，SPT0311-58有着最大的质量。与早期宇宙中的其他星系相比，它含有更多的气体和尘埃，这为天文学家提供了丰富的机会去观测各种各样的分子，以及更好地了解这些创造了生命的元素是如何影响早期宇宙的发展的。
SPT0311-58由两个星系组成，科学家认为，SPT0311-58中的这两个星系可能正在合并。星系中快速形成的恒星不仅耗尽了它们的气体或产星燃料，而且可能最终导致这两个星系演变成大质量椭圆星系，就像现在在近域宇宙中所看到的那些那样。
现在，这次最新的观测也是由ALMA完成的。通过对SPT0311-58的分子气体进行高分辨率观测，天文学家在这两个星系中的较大一个内，不仅发现了水分子，同时还有一氧化碳分子。
这些图像显示了ALMA在对早期大质量星系SPT0311-58的观测时所看到的分子线和尘埃连续谱。左图显示的是一张合成图像，结合了尘埃的连续谱以及水（H₂0）和一氧化碳（CO）的分子线。右边的第一张图显示的是尘埃的连续谱（红色），第二张显示的是水的分子线（蓝色），另外三张显示的是一氧化碳的三个不同的分子线跃迁。这些图像证明了在宇宙进化的最初阶段，水就已经存在。| 图片来源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO)
氧和碳都是最早出现在宇宙中的一批元素，以一氧化碳和水分子的形式出现的氧和碳对地球生命来说至关重要。研究人员解释说，这次对这两种分子的探测结果表明，在元素于早期恒星中形成不久之后，分子宇宙就变得强大了起来。
这样的结果令天文学家兴奋，同时它也带来了越来越多的与早期宇宙有关的观测。研究这些形成于早期宇宙中的第一批星系有着重大的科学意义，它能帮助我们更好地了解宇宙，以及宇宙中万物的诞生、成长和演化。而探测这些位处遥远的分子，也让我们有了机会去深入了解与不同于如今的宇宙的基本过程。
关于SPT0311-58和早期宇宙的星系，还有很多东西需要了解。目前，天文学家还不明白如此大量的气体和尘埃，是如何在年轻宇宙中聚集起来，并形成第一批恒星和早期星系的。要解答这个问题，我们还需要对这些星系以及类似的产星星系展开进一步研究，以便更好地了解早期宇宙的结构形成和演化。
#创作团队：
文：不二北斗
#参考来源：
https://public.nrao.edu/news/alma-scientists-detect-signs-of-water-in-a-galaxy-far-far-away/
https://arxiv.org/pdf/2108.11319.pdf
#图片来源：
封面图：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO)
发表于 2021-11-12 18:47
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