揭秘幽靈星系：震撼新發現解鎖宇宙早期奧秘

在一項重大的天文學發現中，研究人員發現了三個極微弱的矮星系，為宇宙的最初階段提供了全新的見解。這些位於NGC 300附近且不受主要星系影響的星系，揭示了恆星形成過程以及數十億年前阻止這些過程的宇宙事件的關鍵細節。

由亞利桑那大學斯圖爾德天文臺的大衛·桑德（David Sand）領導的天文學家團隊，在距地球約650萬光年的NGC 300附近發現了三個微弱且極微弱的矮星系。它們被命名為玉夫座A、B和C，這些罕見的星系提供了一個獨特的機會，讓我們得以研究宇宙中最小的星系，並瞭解數十億年前阻止它們恆星形成的力量。

桑德在馬裡蘭州國家港舉行的美國天文學會第245次會議的新聞釋出會上分享了這些發現，相關研究成果已發表在《天體物理學快報》（The Astrophysical Journal Letters ）上。

極微弱矮星系是宇宙中已知最暗淡、最小的星系。它們僅包含數百到數千顆恆星，遠遠少於銀河系的數千億顆，這使得它們在較明亮的天體中難以被發現。因此，天文學家大多是在銀河系附近發現它們。

然而，研究銀河系附近的這些星系存在挑戰。銀河系強大的引力和熾熱的外層氣體會剝奪矮星系的氣體，改變它們的自然演化。在更遠的地方，超出銀河系影響範圍之外，這些星系變得非常暗淡且彌散，天文學家和電腦演演算法幾乎難以偵測到它們。

桑德表示，像這樣的小星系是早期宇宙的殘留物。它們幫助我們瞭解第一批恆星和星系形成時的條件，以及為什麼有些星系完全停止了新恆星的形成。

發現這三個微弱且極微弱的矮星系需要人工目視搜尋。桑德在審查DECam遺產調查（DECaLS）拍攝的影象時發現了它們，DECaLS是被稱為DESI遺產成像調查的三項公開調查之一，這些調查共同對約三分之一的天空進行了成像，為正在進行的暗能量光譜儀（DESI）調查提供目標。

桑德回憶說，那是在疫情期間。「我一邊看電視，一邊瀏覽DESI遺產調查的觀測器，專注於我知道之前未被搜尋過的天空區域。隨意搜尋了幾個小時後——突然！它們就出現了。」

玉夫座星系是首批在未受銀河系或其他大型結構影響的原始、孤立環境中發現的極微弱矮星系之一。為了進一步研究這些星系，桑德和他的團隊使用了國際雙子星天文臺的南雙子星望遠鏡，該天文臺部分由美國國家科學基金會（NSF）資助，由NSF的NOIRLab運營。

南雙子星望遠鏡的雙子星多目標光譜儀以極高的細節捕捉到了這三個星系。對資料的分析顯示，它們似乎沒有氣體，只包含非常古老的恆星，這表明它們的恆星形成在很久以前就被抑制了。這支援了現有的理論，即極微弱矮星系是恆星的鬼城，其恆星形成在早期宇宙就被切斷了。

桑德說：「對於如此微小的天體，這正是我們所預期的。氣體是凝聚並引發新恆星融合所需的關鍵原材料。但極微弱矮星系的引力太小，無法留住這一至關重要的成分，當它們受到附近大質量星系的影響時，氣體很容易流失。」

由於玉夫座星系遠離任何更大的星系，它們的氣體不可能被巨大的鄰居移除。另一種解釋是天文學家所說的再電離時期——即大爆炸後不久的一段時期，當時高能紫外光子充斥著宇宙，有可能將最小星系中的氣體蒸發掉。另一種可能性是，矮星系中一些最早的恆星經歷了高能超新星爆發，以每小時高達3500萬公里（約2000萬英里）的速度噴射出物質，從內部將氣體推出了它們所在的星系。

研究團隊表示，矮星系可能為研究早期宇宙開啟一扇窗戶，因為再電離時期有可能將當今所有星系的結構與宇宙學尺度上最早的結構形成聯絡起來。

桑德解釋說：「我們不知道這種再電離效應有多強或有多均勻。可能再電離是不連續的，不是在所有地方同時發生。」

為了回答這個問題，天文學家需要找到更多像玉夫座星系這樣的天體。桑德和他的團隊希望透過使用機器學習工具，自動化並加速發現過程，期望天文學家能夠得出更有力的結論。

進一步探索：宇宙鬼城：三個微小星系解鎖古代宇宙奧秘

參考文獻：David J. Sand、Burçin Mutlu - Pakdil、Michael G. Jones等人所著的《NGC 300方向上三個熄滅的微弱矮星系：再電離和內部反饋的新探測》，2024年12月2日發表於《天體物理學快報》。DOI：10.3847/2041 - 8213/ad927c

這項研究工作由美國國家科學基金會提供資金。雙子星天文臺是NSF的NOIRLab的一個專案，由大學天文研究協會（AURA）根據與NSF的合作協議管理，代表阿根廷、巴西、加拿大、智利、大韓民國和美國的雙子星合作夥伴。