천문학

최초의 별은 어떻게 형성 되었습니까?

최초의 별은 어떻게 형성 되었습니까?


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수업에서 우리는 핵과 그 주변의 먼지가 어떻게 별을 형성하는지 설명하는 Scientific American 기사 "Cloudy with Chance of Stars"를 읽었습니다. 신성 때문에 핵이 무너지기 시작하기 때문에 닭입니다) 그러나 우리는 최초의 별이 실제로 어떻게 형성되었는지 모릅니다.

이 분야의 주요 가설은 무엇입니까, 아니면 제가 기사를 잘못 해석하고 있습니까? Scientific American 계정이 있는 경우 여기에 내가 참조하는 기사가 있습니다.


우주는 자유 쿼크와 전자의 형태로 엄청난 양의 물질을 우주에 공급한 빅뱅으로 시작되었습니다. 우주가 잠시 팽창한 후에는 수소-1 및 헬륨-4와 같은 단순한 원자가 들어갈 수 있을 만큼 충분히 냉각되었습니다. 이 시기를 '암흑시대'라고 하는 것은 빛이 물질을 쉽게 통과할 수 없었고, 게다가 빛을 만드는 별이 없었기 때문입니다.

그러나 암흑기 초기에 생성된 물질은 고르게 분포되지 않았다. 물질이 약간 더 많은 지역은 중력을 통해 점점 더 많은 물질을 원시성에 끌어 들이게되었습니다. 물질은 결국 핵융합이 시작되는 임계 밀도로 응축됩니다. 이것은 최초의 별과 은하의 형성과 우주의 최초의 별 - 예일 천문학을 포함하여 여러 출처를 검색했을 때 주요 가설인 것 같습니다.


그것은 어디에서 발생했는지에 대한 질문이지만 더 잘 이해하려면 언제 발생했는지 알아야 합니다. 백작의 구조가 오늘날과 다르기 때문입니다.

우주의 연대기에 관한 위키에서,


NASA/WMAP 과학 팀 작성 - 원본 버전: NASA; Ryan Kaldari 수정, 공개 도메인, 링크

당신은 우주가 현재 나이의 약 3%, 즉 4억 년이 되었을 때 첫 번째 별이 나타나는 것으로 생각된다는 것을 알게 될 것입니다. 이것은 첫 번째 원자가 충분히 냉각되어 문제의 구름에 모이는 데 걸리는 시간입니다.

보다 어디 첫 번째 별 형성이 발생하면 시간을 거슬러 올라갈 수 있습니다.

  • 우리는 별이 태어나는 것을 볼 수 있습니다. 그리고이를 위해 우리는 무선 주파수를 사용해야합니다. 왜냐하면 적외선은 주변 가스 구름을 통해 들어오는 유일한 것이었기 때문입니다.
  • 운이 좋다면 이 별이 폭발하는 것을 볼 수 있습니다. 별이 너무 커서 빨리 끝나 폭발할 것입니다. 그러나 주변 가스 구름 때문에 보기 드문 현상으로 간주됩니다.
  • 물질이 처음으로 빛을 방출한 이후로 물질의 진화를 계산하기 위해 현재 알고 있는 물리 법칙을 사용하는 이와 같은 잠정적인 시뮬레이션이 있습니다(CMB - 위 이미지의 푸르스름한 녹색을 띤 것). 우리가 볼 수 있는 이 원시 빛의 아주 작은 차이는 시뮬레이션을 통해 밀도 차이와 필라멘트, 비행기클러스터 (평면과 필라멘트의 교차점에있는 노드). 이것들은 예술적일 수 있습니다. 여기에서 볼 수 있듯이 필라멘트와 원시은하 시뮬레이션:

하늘과 망원경에서

우주의 밀도가 더 높은 곳이 있는 성단과 이 가장 높은 물질 밀도로 인해 별이 처음 생성된 곳입니다.

  • 다음은 필라멘트가 실제로 본다고 생각되는 이미지로, 그것이 주최하는 재앙적인 사건에 의해 밝아졌습니다.

퀘이사 UM 287(중앙의 흰색 점)을 둘러싸고 있는 라이만-알파 얼룩(파란색 솜털)은 150만 광년 길이로 확장되어 퀘이사의 호스트 은하나 호스트 은하의 후광에 포함되기에는 너무 큽니다. 파란색 보풀은 우주 웹 필라멘트의 일부일 가능성이 높습니다.

S. Cantalupo / UCSC

여기에서 우리 행성의 별 분포에 대해 더 잘 알 수 있도록 초대합니다. 여기에서 확대 및 축소하고 비늘을 이해할 수 있습니다.


은하수와 같은 은하에서 형성된 최초의 구조의 기원 확인


팽대부와 원반을 쉽게 식별할 수 있는 인근 나선은하 M81의 예. 크레딧 NASA/JPL-Caltech/ESA/Harvard-Smithsonian CfA.

IAC(Instituto de Astrofísica de Canarias)의 참여와 함께 Center for Astrobiology(CAB, CSIC-INTA)가 이끄는 국제 과학자 팀은 Gran Telescopio Canarias(GTC)를 사용하여 두 은하의 대표적인 표본을 연구했습니다. 은하 팽대부의 항성 개체군의 특성을 특성화하기 위해 Great Bear 별자리의 깊은 하늘 영역에서 원반 및 회전 타원체.

연구원들은 이러한 은하 구조의 형성 및 발달 방식을 결정할 수 있었습니다. 이번 연구 결과는 최근 천체물리학저널(Astrophysical Journal)에 게재됐다.

연구자들은 허블 우주 망원경의 영상 데이터와 전체 GOODS-N에 대한 관측 프로그램 인 SHARDS (High-z Absorption Red and Dead Sources에 대한 조사) 프로젝트의 분광 데이터를 사용하여 거대한 원반 및 구상 은하에 대한 연구에 집중했습니다. (Great Observatories Origins Deep Survey-North) 지역에서 Roque de los Muchachos 천문대 (Garafía, La Palma)에서 세계에서 가장 큰 광학 및 적외선 망원경 인 GTC (Gran Telescopio Canarias)에서 OSIRIS 기기로 촬영 한 25 가지 필터를 통해 , 카나리아 제도).

데이터 분석을 통해 연구원들은 예상치 못한 것을 발견할 수 있었습니다. 원반은하의 팽창은 두 개의 파동으로 형성되었습니다. 원반은하 팽대부의 3분의 1은 적색편이 6.2에서 형성되었는데, 이는 우주의 초기 시대에 해당하는 것으로 현재 나이의 5%에 불과한 약 9억 년 전이다. 마드리드 커뮤니티의 인재 유치 프로그램 내에서 CAB의 연구원인 Luca Costantin은 "이 팽대부는 우주에서 형성된 최초의 구조의 유물이며, 우리가 국부 원반은하에서 숨겨진 것으로 발견했습니다."라고 설명합니다. 종이에 작가.

그러나 이와 대조적으로 관찰된 팽대부의 거의 2/3는 약 1.3의 적색편이의 평균값을 보여주며, 이는 이들이 훨씬 더 최근에 형성되었음을 의미하며, 이는 4천만 년의 나이 또는 거의 35%에 해당합니다. 우주.

두 파동을 구별할 수 있는 독특한 특징은 첫 번째 파동의 중앙 돌출부(오래된 돌출부)가 더 최근의 두 번째 파동에서 형성된 것보다 더 조밀하고 조밀하다는 것입니다. 또한 샘플의 회전 타원체 은하에서 얻은 데이터는 평균 적색편이 값이 1.1임을 보여주는데, 이는 두 번째 파동의 팽대부와 같은 일반적인 시간에 형성되었음을 시사합니다.

이전에 IAC의 세베로 오초아 박사후 연구원이었던 그라나다 대학교(UGR)의 연구원이자 이 기사의 공동 저자인 Jairo Méndez Abreu는 "중앙에서 별을 관찰하는 데 사용되는 기술의 이면에 있는 아이디어는 팽대부는 상당히 간단하지만 GASP2D 및 C2D 알고리즘과 같이 중심 팽대부에 있는 별과 디스크에 있는 별의 빛을 분리할 수 있는 방법이 최근 개발될 때까지 적용할 수 없었습니다. 이것은 우리가 최근에 개발했으며 전례 없는 정확도를 달성할 수 있게 해주었습니다."

이 연구의 또 다른 중요한 결과는 팽대부 형성의 두 파도가 별의 나이뿐만 아니라 별 형성 속도 측면에서도 다르다는 것입니다. 데이터는 첫 번째 파도의 팽대부에 있는 별들이 일반적으로 2억 년의 시간 척도로 빠르게 형성되었음을 나타냅니다. 반대로 두 번째 파동의 팽대부에 있는 별의 상당 부분은 형성 시간이 5배 이상, 즉 수천 만 년이 필요했습니다.

"우리는 우주가 우리와 같은 은하의 중심 구역을 형성하는 두 가지 방법이 있음을 발견했습니다. 일찍 시작하여 매우 빠르게 수행하거나 시작하는 데 시간이 걸리지만 마침내 우리가 알고 있는 팽대부에서 많은 수의 별을 형성하는 것입니다." , CAB의 연구원이자 SHARDS 프로젝트의 수석 연구원 인 Pablo G. Pérez González는이 연구에 필수적인 데이터를 제공했습니다. GTC의 과학 운영 책임자인 Antonio Cabrera는 다음과 같이 말했습니다. 여기에서 분석된 물체의 감지에 필수적인 우수한 이미지 품질로 180시간 분량의 데이터를 생성합니다."

브라질 국립 천문대의 연구원이자 이 기사의 공동 저자인 파올라 디마우로(Paola Dimauro)는 "이 연구를 통해 우리는 형태학적 진화와 은하의 구조적 구성 요소 집합의 역사를 탐구할 수 있었습니다. 고고학 연구, 각 은하의 수백만 별에 암호화된 정보 분석 흥미로운 점은 모든 구조가 동시에 또는 동일한 방식으로 형성되지 않았다는 점입니다."

이 연구의 결과를 통해 관찰자들은 원반은하 연구의 시간을 통한 형성과 진화와 수세기 동안 대도시의 생성 및 개발 사이에 흥미로운 평행선을 설정할 수 있었습니다. 일부 대도시에는 어수선한 좁은 거리에 더 오래되고 가장 오래된 건물이 있는 역사적인 중심지가 있는 것처럼, 이 작업의 결과는 거대한 원반은하의 일부 중심에 우주에서 형성된 가장 오래된 회전 타원체의 일부가 있음을 시사합니다. , 우리의 유추에서 새로운 도시 외곽, 더 천천히 디스크를 형성하면서 재료를 계속 획득했습니다.

Gran Telescopio Canarias와 Instituto de Astrofísica de Canarias(IAC)의 천문대는 스페인의 단일 과학 및 기술 기반 시설(ICTS) 네트워크의 일부를 형성합니다.


최초의 별은 매우 빠르게 형성됨

천문학 자들은 우주가 지속적인 팽창 상태에 있고 138 억년 전에 거대한 폭발이 시작되었을 가능성이 있다는 것을 깨달은 이후 (빅뱅) 최초의 별이 언제 어떻게 형성되었는지에 대한 미해결 질문이있었습니다. NASA의 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe(WMAP) 및 이와 유사한 임무에서 수집한 데이터에 따르면 빅뱅 후 약 1억년 후에 발생한 것으로 추정됩니다.

이 복잡한 과정이 어떻게 작동했는지에 대한 자세한 내용은 대부분 미스터리로 남아 있습니다. 그러나 막스 플랑크 천문학 연구소(Max Planck Institute for Astronomy)의 연구원들이 이끄는 팀이 수집한 새로운 증거에 따르면 최초의 별은 상당히 빨리 형성되었을 것입니다. 연구팀은 라스 캄파나스 천문대에 있는 마젤란 망원경의 데이터를 사용하여 빅뱅 후 불과 8억 5천만 년 후에 별이 형성되고 있는 가스 구름을 관찰했습니다.

그들의 발견을 기술한 연구는 최근에 천체물리학 저널, Eduardo Bañados가 이끌었습니다. 당시 카네기 과학 연구소의 일원이었던 바나도스와 그의 동료들은 알려진 가장 먼 퀘이사 15개에 대한 후속 관측을 수행하면서 가스 구름을 관찰했습니다.

이 조사는 유럽 남방 천문대(ESO)의 천문학자이자 이 연구의 공동 저자인 Chiara Mazzucchelli가 박사 과정의 일환으로 준비했습니다. 막스 플랑크 천문학 연구소에서 연구. 특히 한 퀘이사의 스펙트럼을 조사하는 동안 (P183 + 05), 다소 특이한 특징이 있음을 지적했습니다.

칠레의 라스 캄파나스 천문대에서 Carnegie Institution’s 6.5m 마젤란 망원경을 사용하여 Banados와 그의 동료들은 스펙트럼의 특징을 식별했습니다. 이 스펙트럼은 또한 가스 구름이 지구로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지 알려 주며 130억 광년 이상 떨어져 있어 천문학자들이 관측하고 식별한 것 중 가장 멀리 떨어진 곳 중 하나가 되었습니다.

또한, 그들은 헬륨보다 무거워서 화학적으로 “금속”로 지정된 탄소, 산소, 철, 마그네슘과 같은 미량 원소의 존재를 나타내는 스펙트럼을 발견했습니다. 이러한 요소는 초기 우주에서 1세대 별(일명 "인구 III")이 수명이 다한 후 우주로 방출하고 초신성으로 폭발하면서 생성되었습니다.

칠레 라스 캄파나스 천문대의 마젤란 망원경. 크레딧: 카네기 과학 연구소

카네기 과학 연구소의 천문학자이자 새로운 연구의 공동 저자인 Michael Rauch는 다음과 같이 말했습니다.

빅뱅 이후 8억 5000만 년이 지나서야 그러한 깨끗한 가스를 보고 있다는 것을 확신한 후 우리는 이 시스템이 최초의 별에서 생성된 화학적 특징을 여전히 유지할 수 있는지 궁금해하기 시작했습니다.”

1 세대 별을 찾는 것은 우주의 역사에 대한보다 포괄적 인 이해를 허용하기 때문에 오랫동안 천문학 자의 목표였습니다. 시간이 지남에 따라 수소보다 무거운 원소가 별을 형성하는 데 중요한 역할을 했습니다. 별은 상호 인력으로 인해 물질이 뭉쳐지고 중력 붕괴를 겪습니다.

빅뱅 이후 우주에는 수소와 헬륨만이 존재했다고 믿어지기 때문에 1세대 별에는 이러한 화학 원소가 없었기 때문에 이후의 모든 세대와 구별됩니다. 따라서 오늘날 천문학자들이 은하간 가스 구름에서 보는 것과 같은 초기 가스 구름에서 이러한 원소가 상대적으로 풍부하다는 사실에 주목하는 것은 놀라운 일이었습니다.

새로운 증거에 따르면 별은 우리가 생각했던 것보다 10억 년 빨리 형성되었을 수 있습니다. 크레딧: NASA/Serge Brunier

이러한 관측은 우리 우주의 첫 번째 별이 어떻게 형성되었는지에 대한 기존의 이론에 큰 도전을 제기합니다. 본질적으로, 이것은 이러한 화학 원소를 생산하기 위해 별 형성이 훨씬 더 일찍 시작되었음을 나타냅니다. Ia형 초신성과 관련된 연구에 따르면, 관측된 풍부도를 가진 이러한 금속을 생성하는 데 필요한 폭발은 발생하는 데 약 10억 년이 걸릴 것으로 추정됩니다.

요컨대, 과학자들은 최초의 별이 태어난 시기와 관련하여 약 한 세대 정도 차이가 났을 수 있으며, 이는 우주의 가장 오래된 영겁 동안 일부가 주변에 있었을 수 있음을 암시합니다. 이것은 사실상 최초의 별들이 초기 우주였던 수소와 헬륨의 원시 수프로부터 다소 빨리 형성되어야 한다는 것을 의미합니다. 이 발견은 우주 진화 이론에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.

Bañados가 말했듯이, 이제 목표는 유사한 화학적 풍부함을 갖는 추가 가스 구름을 찾아 이를 확인하는 것입니다.

“우주 역사 초기에 금속성과 화학적 풍부함을 측정할 수 있다는 것은 흥미롭지만, 최초의 별의 서명을 확인하려면 우주 역사에서 훨씬 더 일찍 조사해야 합니다. 나는 우리가 더 멀리 떨어진 가스 구름을 발견할 것이라고 낙관하며, 이는 최초의 별이 어떻게 탄생했는지 이해하는 데 도움이 될 것입니다.”

상대성 이론은 우리에게 공간과 시간이 같은 현실의 두 가지 표현임을 말해줍니다. 따라서 우주를 더 멀리 내다봄으로써 우리는 또한 더 멀리 과거로 돌아가게 됩니다. 그렇게 함으로써 천문학자들은 우주론적 모델과 모든 것이 언제 어떻게 시작되었는지에 대한 아이디어를 조정할 수 있었습니다. 우주의 첫 번째 별이 기원을 훨씬 더 이른 시간으로 되돌릴 수 있다는 사실을 아는 것은 학습 곡선의 일부일 뿐입니다!


천문학자들은 최초의 별이 빛날 때 운동한다

그들은 '우주의 새벽'으로 알려진 이 시기를 빅뱅 이후 2억5000만년에서 3억5000만년 사이에 발생했다고 말한다.

결과에 따르면 첫 번째 은하는 올해 말에 발사될 예정인 나사의 제임스 웹 우주 망원경이 볼 수 있을 만큼 충분히 밝습니다.

이 연구는 Royal Astronomical Society의 월간 고지에 게재되었습니다.

우주의 새벽이 언제 시작되었는지 발견하는 것은 영국 런던 유니버시티 칼리지(University College London)의 Richard Ellis 교수의 일생입니다.

그는 BBC 뉴스에 다음과 같이 말했습니다. 그리고 이제 우리는 우주가 언제 처음으로 별빛에 잠겼는지에 대한 설득력 있는 첫 번째 증거를 갖게 되었습니다.”

연구팀은 가장 멀리 떨어져 있는 6개의 은하를 분석했다. 그것들은 너무 멀리 떨어져 있어서 세계에서 가장 강력한 망원경을 사용해도 컴퓨터 화면에 몇 픽셀로 보일 정도였습니다.

그들은 또한 우주에서 가장 먼저 출현한 것 중 하나이기 때문에 그들의 이미지가 지구에 있는 망원경으로 포착될 때쯤이면 빅뱅 후 얼마 지나지 않아 볼 수 있습니다.

그들의 나이를 계산하여 팀은 우주의 새벽의 시작 (첫 별이 형성 될 때)을 계산했습니다. 케임브리지에 있는 Kavli 천문학 연구소의 Nicolas Laporte 박사가 분석을 주도했습니다.

이것은 현대 우주론의 가장 큰 질문 중 하나입니다. 우주 역사상 이 결정적인 순간이 언제 일어났는지 관측을 통해 예측할 수 있었던 것은 이번이 처음입니다.”

Laporte 박사는 결과를 얻은 것이 꿈이 이루어진 것이라고 말했습니다.

빛의 입자가 130 억년 이상 우주를 여행하다가 망원경으로 들어갔다고 생각하는 것은 환상적입니다. 천체 물리학자의 놀라운 점은 시간 여행을 하고 먼 과거를 목격할 수 있다는 것입니다.” 그는 설명했습니다.

우주는 138억 년 전 빅뱅으로 탄생했습니다. 초기 플래시 이후, 그것은 우주 암흑기로 알려진 기간을 거쳤습니다. 새로운 연구에 따르면, 빅뱅 후 2억 5000만~3억 5000만 년 후에 최초의 별들이 나타나 우주에 빛을 가져다주었다.

비판적으로, 새로운 분석은 최초의 은하는 충분히 밝으며 유서 깊은 허블 우주 망원경의 후계자인 제임스 웹 우주 망원경이 볼 수 있는 범위 내에 있음을 나타냅니다. 그러면 천문학자들은 우주의 진화에서 이 중요한 순간을 직접 목격할 수 있을 것입니다.

이미지 캡션 칠레의 초대형 망원경은 최초의 별이 빛나기 시작한 시기를 결정하는 데 사용된 6개의 망원경 중 하나였습니다

스코틀랜드의 로얄 천문학자 캐서린 헤이만스 교수는 이 전망에 대해 "너무 흥분된다"고 말했다.

그녀는 BBC News에 다음과 같이 말했습니다. 빅뱅 이후 2억년!”

최초의 많은 별들은 우리 태양과 상당히 달랐습니다. 그들은 더 거대했고 수소 만 연소했습니다. 그러나 이러한 물체는 더 무거운 주기율표 요소를 형성하는 차세대 별을 만들었습니다.

수소, 헬륨, 리튬을 제외한 모든 것은 별이 일생을 마감할 때 폭발할 때 별 내부에서 생성됩니다.

그러므로 우리는 궁극적으로 우주의 여명에 가까운 별들로 만들어졌습니다.

“우리는 항성 진화의 산물이기 때문에 우리는 우리 자신의 기원을 되돌아보고 있다고 Ellis 교수가 말했습니다.

연구원들은 허블과 스피처 우주 망원경을 사용하여 은하의 별빛을 분석했습니다. 그들은 별의 대기에 있는 수소 원자의 비율을 조사하여 은하의 나이를 추정했습니다. 별이 오래될수록 수소 원자의 비율이 높아집니다.

이미지 저작권 Nicolas Laporte

이미지 캡션 우주의 시작을 가까이서 본 모습. 이것은 연구원들이 연구한 은하 중 하나입니다. 빅뱅 이후 5억 년 정도 후에 볼 수 있습니다. 너무 멀어서 세계에서 가장 강력한 망원경으로도 볼 수 있습니다.

그런 다음 팀은 은하가 얼마나 멀리 떨어져 있는지 계산했습니다. 이 은하에서 오는 빛이 우리에게 도달하는 데 시간이 걸리기 때문에 더 멀리 떨어져 있을수록 천문학자들은 더 먼 과거로 시간을 내어 그것들을 관찰하고 있습니다.

연구팀이 연구 한 6 개의 은하는 망원경으로 관찰 할 수있는 물체의 한계에 있기 때문에 가장 초기에 알려진 은하 중 하나입니다.

팀은 거리를 추정하기 위해 가장 큰 지상 기반 망원경 4개를 사용하여 70시간의 관찰 시간이 필요했습니다. 이들은 모두 칠레에 위치한 아타카마 대형 밀리미터 어레이(Alma), 초대형 망원경(VLT), 쌍둥이자리 남망원경 및 하와이에 있는 쌍둥이 켁 망원경이었습니다.

이 측정을 통해 팀은 우주가 5 억 5 천만년 전에이 은하를 관찰하고 있음을 확인할 수있었습니다. 은하의 나이와 존재시기를 알면 팀은 최초의 별이 언제 태어 났는지 계산할 수있었습니다.

단일 은하를 사용하여 유사한 추정이 이루어졌지만, 이는 대표적인 은하군을 기반으로 한 최초의 의미 있는 추정입니다.


우주의 초기 별 형성 조명

획기적인 연구는 약 130억 년 전 우주가 시작될 때 최초의 별이 어떻게 형성되었는지에 대한 새로운 통찰력을 제공했습니다.

더럼 대학의 우주론자들은 그들의 결과를 과학 저널에 발표하면서 최초의 별의 형성은 우주 질량의 대부분을 구성하는 이상한 물질인 '암흑 물질'의 성질에 결정적으로 의존한다고 제안합니다.

이 발견은 과학자들이 70여 년 전에 처음 발견된 이래로 미스터리로 남아 있는 암흑 물질의 본질을 규명하는 데 한 걸음 더 나아가게 합니다. 그것은 또한 지금까지 형성된 최초의 별들 중 일부가 오늘날 우리 은하에서 여전히 발견될 수 있음을 시사합니다.

우주의 초기 구조 형성에는 '암흑 물질'로 알려진 파악하기 어려운 입자 간의 상호 작용이 포함됩니다. 암흑 물질의 성질에 대해서는 알려진 바가 거의 없지만, 은하의 관찰에서부터 은하단, 우주 전체에 이르기까지 암흑 물질의 존재에 대한 증거는 압도적입니다.

빅뱅 이후 우주는 물질 밀도에 작은 파문만 있을 뿐 대부분 '매끄러웠다'. 이 잔물결은 그 안에 포함된 암흑 물질 입자에 작용하는 중력으로 인해 더 커졌습니다. 결국, 가스는 형성 구조로 당겨져 빅뱅 후 약 1억 년 후 최초의 별이 형성되었습니다.

그들의 연구를 위해 Durham University의 Institute for Computational Cosmology 팀은 소위 '차가운' 암흑 물질과 '따뜻한' 암흑 물질의 과학적 모델을 사용하여 이러한 초기 별의 형성에 대한 정교한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했습니다.

컴퓨터 모델은 느리게 움직이는 '차가운 암흑 물질' 입자의 경우 첫 번째 별이 고립되어 형성되며, 구형 암흑 물질 농도가 발전할 때마다 더 큰 질량의 단일 별이 형성된다는 것을 발견했습니다.

대조적으로, 더 빠르게 움직이는 '따뜻한 암흑 물질'의 경우 크기가 다른 많은 별들이 거대한 폭발적인 별 형성과 함께 동시에 형성되었습니다. 버스트는 길고 가는 필라멘트에서 발생했습니다.

영국 과학 기술 시설 위원회(Science and Technologies Facility Council)의 기금을 받는 연구원 중 한 명인 Liang Gao 박사는 "이 필라멘트의 길이는 약 9000광년이었을 것이며, 이는 오늘날 은하수 크기의 약 4분의 1에 해당합니다. 매우 밝은 별 폭발은 어두운 우주를 장관으로 밝힐 것입니다."

차가운 암흑 물질에서 생성되는 별은 거대합니다. 별이 클수록 수명이 짧아지므로 이 더 큰 질량의 별은 오늘날까지 살아남지 못했을 것입니다. 그러나 따뜻한 암흑 물질 모델은 저질량 별뿐만 아니라 더 큰 별의 형성을 예측하고 과학자들은 저질량 별이 오늘날까지 살아남을 것이라고 말합니다.

이 연구는 과학자들이 암흑 물질의 본질에 대해 더 많이 알아낼 수 있도록 하는 관측 연구의 길을 열어줍니다. 공동 연구원인 톰 테운스(Tom Theuns) 박사는 "천문학자들이 자주 묻는 핵심 질문은 '오늘날 최초의 별들의 후손은 어디에 있는가'이다"라고 말했다. 우리 은하 주변에 숨어 있습니다."

더럼 대학교 과학자들은 또한 블랙홀이 형성될 수 있는 방식에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 대부분의 은하는 중심에 괴물 블랙홀을 품고 있으며, 일부는 태양 질량의 10억 배 이상의 질량을 가지고 있습니다.

연구팀은 따뜻한 암흑 물질 시나리오에서 조밀한 필라멘트에 있는 별들 간의 충돌이 그러한 블랙홀의 씨앗을 형성하게 한다고 가정합니다.

Theuns 박사는 다음과 같이 덧붙였습니다. "우리의 결과는 가장 오래된 별을 연구하여 암흑 물질의 본질에 대해 배울 수있는 흥미 진진한 전망을 제공합니다. 또 하나의 눈에 띄는 징후는 은하수와 같은 은하의 중심에 사는 거대한 블랙홀 일 수 있습니다. 따뜻한 암흑 물질이 지배하는 우주의 첫 번째 필라멘트가 붕괴하는 동안 형성되었습니다."

스토리 출처:

자료 제공 더럼 대학교. 참고: 콘텐츠는 스타일과 길이에 따라 편집될 수 있습니다.


처음으로 밝혀진 은하의 역사

Abell 2667은 조각가 자리에서 약 30억 광년 떨어져 있는 풍부한 은하단입니다. 모든 은하의 결합 질량은 너무 커서 은하단이 중력 렌즈 역할을 합니다. Abell 2667은 허블 우주 망원경이 촬영한 이 이미지에서 광범위한 은하의 형태를 보여줍니다. 이미지 크레딧 : NASA, ESA, J. Kneib (Laboratorie d & # 8217Astrophysique de Marseille). 카디프 대학의 물리학 및 천문학 대학의 천문학자들이 이끄는 국제 과학자 팀은 은하가 일생 동안 구조를 변경할 수 있음을 처음으로 보여주었습니다.

오늘날의 하늘을 관찰하고 허블 망원경과 허셜 망원경을 사용하여 시간을 거슬러 올라가서 팀은 빅뱅 이후에 처음으로 형성된 은하의 많은 부분이 주요 '변태'를 겪었음을 보여주었습니다.

이 변형의 범위에 대한 첫 번째 직접적인 증거를 제공함으로써 팀은 이러한 극적인 변화를 일으킨 과정을 밝히고 오늘날 우리가 알고 있는 우주의 모양과 속성에 대해 더 잘 이해할 수 있기를 희망합니다.

Royal Astronomical Society의 Monthly Notices에 실린 연구에서 연구원들은 Herschel ATLAS 및 GAMA 프로젝트에 의해 생성된 하늘에 대한 조사를 사용하여 현재 우주에 존재하는 약 10,000개의 은하를 관찰했습니다.

그런 다음 연구원들은 은하를 두 가지 주요 유형으로 분류했습니다. 평평하고 회전하는 원반 모양의 은하(우리 은하인 우리 은하와 매우 유사)와 무질서한 별 무리가 있는 큰 구형 은하입니다.

허블 망원경과 허셜 망원경을 사용하여 연구원들은 우주를 더 멀리 내다보고 시간을 거슬러 올라가 빅뱅 직후에 형성된 은하를 관찰했습니다.

연구자들은 빅뱅 이후 형성된 모든 별의 83%가 처음에 원반 모양의 은하에 위치했다는 것을 보여주었습니다. 그러나 오늘날 우주에 존재하는 별의 49%만이 이 원반 모양의 은하에 있으며 나머지는 구형 은하에 있습니다.

결과는 원반 모양의 은하가 구형의 은하로 변하는 거대한 변형을 시사한다.

대중적인 이론은이 변형이 많은 우주적 재앙에 의해 발생했다는 것입니다. 두 개의 원반 지배 은하가 서로 너무 가깝게 흩어져 중력에 의해 하나의 은하로 합쳐지면서 원반을 파괴하고 거대한 쌓인 별. 반대 이론은 변형이 원반에 형성된 별이 점차 원반의 중심으로 이동하여 중심에 쌓인 별을 생성하는 보다 완만한 과정이었다는 것입니다.

연구의 주저자인 카디프 대학의 물리학 및 천문학부의 Steve Eales 교수는 다음과 같이 말했습니다. 이 변형의 정도.

"은하는 우주의 기본 구성 요소이므로 이 변태는 실제로 지난 80억 년 동안의 모양과 속성에서 가장 중요한 변화 중 하나를 나타냅니다."


천문학 자들은 첫 별이 빛 났을 때 운동한다

그들은 '우주의 새벽'으로 알려진 이 기간이 빅뱅 이후 2억5000만년에서 3억5000만년 사이에 발생했다고 말한다.

결과는 첫 번째 은하가 올해 말에 발사될 예정인 나사의 제임스 웹 우주 망원경이 볼 수 있을 만큼 충분히 밝을 것임을 나타냅니다.

이 연구는 Royal Astronomical Society의 Monthly Notices에 게재되었습니다.

우주의 새벽이 언제 시작되었는지 발견하는 것은 영국 런던 유니버시티 칼리지(University College London)의 Richard Ellis 교수의 일생입니다.

그는 BBC News에 다음과 같이 말했습니다. 그리고 이제 우리는 우주가 언제 처음으로 별빛에 잠겼는지에 대한 설득력 있는 첫 번째 증거를 갖게 되었습니다.”

연구팀은 가장 멀리 떨어져 있는 6개의 은하를 분석했다. 그것들은 너무 멀리 떨어져 있어서 세계에서 가장 강력한 망원경을 사용해도 컴퓨터 화면에 몇 픽셀로 보일 정도였습니다. 그들은 또한 우주에서 가장 먼저 출현한 것 중 하나이기 때문에 그들의 이미지가 지구에 있는 망원경으로 포착될 때쯤이면 빅뱅 후 얼마 지나지 않아 볼 수 있습니다.

연구팀은 나이를 계산해 최초의 별이 탄생한 우주의 여명이 시작되는 시점을 계산했다. 케임브리지에 있는 Kavli 천문학 연구소의 Nicolas Laporte 박사가 분석을 주도했습니다.

이것은 현대 우주론의 가장 큰 질문 중 하나입니다. 우주 역사상 이 결정적인 순간이 언제 일어났는지 관측을 통해 예측할 수 있었던 것은 이번이 처음입니다.”

Laporte 박사는 결과를 얻은 것이 꿈이 이루어진 것이라고 말했습니다.

빛의 입자가 130 억년 이상 우주를 여행하다가 망원경으로 들어갔다고 생각하는 것은 환상적입니다. 천체 물리학자의 놀라운 점은 시간 여행을 하고 먼 과거를 목격할 수 있다는 것입니다.” 그는 설명했습니다.

이미지 캡션 칠레의 초대형 망원경은 최초의 별이 빛나기 시작한 시기를 결정하는 데 사용된 6개의 망원경 중 하나였습니다

우주는 138 억년 전에 빅뱅으로 탄생했습니다. 초기 플래시 이후, 그것은 우주 암흑기로 알려진 기간을 거쳤습니다. 새로운 연구에 따르면, 빅뱅 이후 2억 5000만~3억 5000만 년 후, 최초의 별들이 나타나 우주에 빛을 가져다주었다.

비판적으로, 새로운 분석은 최초의 은하는 충분히 밝으며 유서 깊은 허블 우주 망원경의 후계자인 제임스 웹 우주 망원경이 볼 수 있는 범위 내에 있음을 나타냅니다. 그러면 천문학자들은 우주의 진화에서 이 중요한 순간을 직접 목격할 수 있을 것입니다.

스코틀랜드의 로얄 천문학자 캐서린 헤이만스 교수는 이 전망에 대해 "너무 흥분된다"고 말했다.

그녀는 BBC News에 다음과 같이 말했습니다. 빅뱅 이후 2억년!”

image copyright Nicolas Laporte

image caption A view from close to the beginning of the Universe. This is one of the galaxies the researchers studied. It is seen just 500 million years or so after the Big Bang. It is so distant that, even seen through the world’s most powerful telescopes, it appears pixelated

Many of the first stars were quite different to our own Sun. They were more massive and burned only hydrogen. But these objects created the next generation of stars that led to the formation of heavier periodic table elements.

Everything except for hydrogen, helium and lithium, is created inside stars when they explode at the end of their lives.

We are, therefore, ultimately made from the stars that were born close to the dawn of the cosmos.

“Because we are ourselves the produce of stellar evolution, we are looking back at our own origin,” said Prof Ellis.

The researchers analysed starlight from the galaxies using both Hubble and the Spitzer Space Telescope. They estimated the age of the galaxies by examining the proportion of hydrogen atoms in the atmosphere of their stars. The older the stars, the greater the proportion of hydrogen atoms.

The team then calculated how far away the galaxies were. Because light from these galaxies takes time to reach us, the further away they are, the further back in time astronomers are observing them.

Because the six galaxies the team studied are at the limits of objects that can be observed by telescopes, they are also among the earliest known.

The team needed 70 hours of observing time, using four of the largest ground-based telescopes to estimate their distances. These were the Atacama Large Millimetre Array (Alma), the Very Large Telescope (VLT) and the Gemini South Telescope – all located in Chile – as well as the twin Keck telescopes in Hawaii.

These measurements enabled the team to confirm that they were observing these galaxies when the Universe was 550 million years old. Knowing the age of the galaxies and when they existed enabled the team to calculate when the first stars were born.

Similar estimates have been made using just single galaxies, but this is the first meaningful estimate based on a representative group of them.


IN DEPTH

Key Questions

  • When and how did reionization occur?
  • What sources caused reionization?
  • What are the first galaxies?
  • See also our Q&A with John Mather about the Big Bang.

Webb's Role in Answering These Questions

To find the first galaxies, Webb will make ultra-deep near-infrared surveys of the Universe, and follow up with low-resolution spectroscopy and mid-infrared photometry (the measurement of the intensity of an astronomical object's electromagnetic radiation). To study reionization, high resolution near-infrared spectroscopy will be needed.

The Era of Recombination

Until around a few hundred million years or so after the Big Bang, the universe was a very dark place. There were no stars, and there were no galaxies.

After the Big Bang, the universe was like a hot soup of particles (i.e. protons, neutrons, and electrons). When the universe started cooling, the protons and neutrons began combining into ionized atoms of hydrogen and deuterium. Deuterium further fused into helium-4. These ionized atoms of hydrogen and helium attracted electrons turning them into neutral atoms. Ultimately the composition of the universe at this point was 3 times more hydrogen than helium with just trace amounts of other light elements.

This process of particles pairing up is called "Recombination" and it occurred approximately 240,000 to 300,000 years after the Big Bang. The Universe went from being opaque to transparent at this point. Light had formerly been stopped from traveling freely because it would frequently scatter off the free electrons. Now that the free electrons were bound to protons, light was no longer being impeded. "The era of recombination" is the earliest point in our cosmic history to which we can look back with any form of light. This is what we see as the Cosmic Microwave Background today with satellites like the Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) and the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Following this are the cosmic dark ages - a period of time after the Universe became transparent but before the first stars formed. When the first stars formed, it ended the dark ages, and started the next epoch in our universe.

Illustration of the Timeline of the Universe. Credit: WMAP

The Epoch of Reionization

Another change occurred after the first stars started to form. Theory predicts that the first stars were 30 to 300 times as massive as our Sun and millions of times as bright, burning for only a few million years before exploding as supernovae. The energetic ultraviolet light from these first stars was capable of splitting hydrogen atoms back into electrons and protons (or ionizing them). This era, from the end of the dark ages to when the universe was around a billion years old, is known as "the epoch of reionization." It refers to the point when most of the neutral hydrogen was reionized by the increasing radiation from the first massive stars. Reionization is an important phenomenon in our universe's history as it presents one of the few means by which we can (indirectly) study these earliest stars. But scientists do not know exactly when the first stars formed and when this reionization process started to occur.

Hubble Deep Field - The first significant look back to the era of the universe when early galaxies were forming. The image is a long exposure of a very small area of the sky, which revealed a large number of very faint, and previously unseen, objects. These objects are some of the oldest and most distant galaxies and allowed us to, as Stefano Cristiani said, "glimpse the first steps of galaxy formation more than 10 billion years ago." Other deeper studies have come after, and Webb will also do deep field studies. Webb's imaging capabilties and infrared vision will show us the early universe with unprecedented clarity. Credit: Robert Williams and the Hubble Deep Field Team (STScI) and NASA

The emergence of these first stars marks the end of the "Dark Ages" in cosmic history, a period characterized by the absence of discrete sources of light. Understanding these first sources is critical, since they greatly influenced the formation of later objects such as galaxies. The first sources of light act as seeds for the later formation of larger objects.

Additionally, the first stars that exploded as supernovae might have collapsed further to form black holes. The black holes started to swallow gas and other stars to become objects known as "mini-quasars," which grew and merged to become the huge black holes now found at the centers of nearly all massive galaxies.


Astronomers Find No Evidence of Elusive First-Generation Stars in Early Universe

Astronomers using the NASA/ESA Hubble Space Telescope have found no evidence of hypothetical first-generation stars — called Population III stars — as far back as when the Universe was just 500 million years old.

An artist’s impression of the early Universe. Image credit: NASA / ESA / Hubble / M. Kornmesser.

The very first stars born after the Big Bang were probably very massive, with masses between 60 and 300 times that of the Sun, and short lived, typically 2 million years.

Unlike the stars of today, these Population III stars would have been solely made out of the few primordial elements (hydrogen, helium and lithium) first forged in the seething crucible of the Big Bang.

ESA astronomer Rachana Bhatawdekar and colleagues set out to study these objects in the early Universe from about 500 million to 1 billion years after the Big Bang.

They used data from the Hubble Frontier Fields program to study a galaxy cluster called MACS J0416.1-2403 and its parallel field.

They also used additional data from NASA’s Spitzer Space Telescope and ESO’s Very Large Telescope.

“We found no evidence of these first-generation Population III stars in this cosmic time interval,” Dr. Bhatawdekar said.

This Hubble image shows the galaxy cluster MACS J0416.1–2403 (MACS0416). This is one of six being studied by the Hubble Frontier Fields program, which together have produced the deepest images of gravitational lensing ever made. Due to the huge mass of the cluster it is bending the light of background objects, acting as a magnifying lens. Image credit: NASA / ESA / HST Frontier Fields Team / STScI.

The Hubble Frontier Fields program produced the deepest observations ever made of galaxy clusters and the galaxies located behind them which were magnified by the gravitational lensing effect.

The masses of foreground galaxy clusters are large enough to bend and magnify the light from the more distant objects behind them. This allows Hubble to use these cosmic magnifying glasses to study objects that are beyond its nominal operational capabilities.

Dr. Bhatawdekar and colleagues developed a new technique that removes the light from the bright foreground galaxies that constitute these gravitational lenses.

This allowed them to discover galaxies with lower masses than ever previously observed with Hubble, at a distance corresponding to when the Universe was less than a billion years old.

At this point in cosmic time, the lack of evidence for Population III stars and the identification of many low-mass galaxies support the suggestion that these galaxies are the most likely candidates for the reionization of the Universe.

This period of reionization in the early Universe is when the neutral intergalactic medium was ionized by the first stars and galaxies.

“These results have profound astrophysical consequences as they show that galaxies must have formed much earlier than we thought,” Dr. Bhatawdekar said.

“This also strongly supports the idea that low-mass/faint galaxies in the early Universe are responsible for reionization.”

R. Bhatawdekar & C. Conselice. 2020. Studying the high redshift Universe combining HST, JWST and the power of gravitational lensing. AAS 236, abstract # 307.03


비디오 보기: 별은 어떻게 태어나고 죽을까? 지구와 우주. 별의 탄생. 별의 소멸. 깨비키즈 KEBIKIDS (이월 2023).