早期星系製造恆星的效率比現在高

天文學家認為,幾十億年前,星系製造恆星的效率比現在更高!假設提供給星系相同分量的材料──也就是氣體──來製造恆星的話,根據ALMA提供數據計算所得的結果,距離今天久遠前的星系比現在的星系來得更有效率。

多數星系都有氣體雲,這是製造「恆星」(含太陽在內)的基本材料。較大以及質量較重的星系所含氣體比小星系更多。因此,大塊頭星系產出的恆星數量比「輕量級」星系多,當然不奇怪。

不過,時間場景拉到距離今天遠一點的宇宙,我們會看到當時有些星系正在經歷「新恆星生產爆炸」時期。在這種正在生產新恆星的星系裡,恆星形成速度絕對比依照其質量推算之結果更高,有些星系每年新生恆星的數量多達幾百個,而我們知道,銀河系目前的新恆星產量大約是每年一個左右而已。

天文學者對於像這樣新恆星驟增的原因感到好奇,難道是那些地方有比較多氣體?還是那些星系把氣體轉換成恆星的效率比較高?

答案似乎是:兩種原因都有。在遙遠的星暴增星系裡(觀測上我們看到的這些星系其實是它們在距今幾十億年以前的情形),的確含有很大量的氣體,但光是這樣還沒辦法完全解釋恆星形成率為什麼偏高。很明顯看得出來的是,要是氣體量夠的話,恆星形成過程之效率甚至是更高。

上述這些結論是在天文學家研究了7個遙遠的星暴增星系後獲得的。他們先借用紅外太空望遠鏡判斷了恆星形成速率,再以ALMA觀測,得知了星系中含有多少氣體量。

目前仍不知道在宇宙早期這種「恆星暴增星系」的恆星形成過程背後到底高效率原因是什麼,天文學者認為星系碰撞和併合都可能影響到恆星形成效率的提升。

發現了什麼?
這次觀測的7個星暴增星系,首先參考的資料是哈伯太空望遠鏡的目錄,其次,為了得知距離資料,透過了日本Subaru望遠鏡的協助,得知其距離是90億光年,也就是觀測到的是這些星系在大霹靂過後40億年時的情形。美國的「史匹哲望遠鏡」和歐洲的「赫歇爾太空望遠鏡」協助測量了這7個星暴增星系的恆星形成率。最後再用智利阿塔卡瑪高原上的ALMA和法國阿爾卑斯山上的IRAM次毫米波望遠鏡計算7個星系所含一氧化碳氣體量──這是用來告知我們總氣體量是多少一個滿好用的辦法。

誰發現的?
這支團隊的主持人是東京大學科維里物理暨數學研究所的John Silverman,這次研究成果的論文在2015年10月12日發表於ApJL天文物理快訊。