贫金属球状星团迫使天文学家重新思考理论

发现最多metal-poor globular cluster recorded to date has forced scientists to rethink how both galaxies 和 globular clusters form.

大椭圆形的恒星,带有一个球形的凹痕。

一个国际科学家团队在夏威夷的凯克天文台度过了额外的观察时间,快速观察了隔壁银河系仙女座星系中的一个巨大球状星团,从而发现了一个不寻常的发现。该群集称为RBC EXT8。观察发现它是最 贫金属 迄今为止观察到的球状星团;也就是说,它缺乏“heavier”在恒星生命周期中移动时,它们内部会产生更多或更复杂的元素。图片来自ESASky en CFHT / 天文台.

上周(2020年10月15日),一个国际科学家团队 已发表 的论文 同行评审 日志 科学,宣布发现最多 贫金属 迄今为止记录的球状星团。 球状星团 是在星系中发现的巨型对称星团 光环 星系。当天文学家谈到“metals,” they’不是说硬,有光泽的固体材料。他们’谈到碳,氮,氧,氖,铁和镁–诞生于恒星内部的任何元素–除了氢气和氦气 大爆炸. The newly discovered 贫金属 globular cluster was hanging out 在 plain view 在 M31, aka the 仙女座星系,是我们银河系隔壁的大型旋涡星系。偶然发现的“anemic”天文学家称它为球状星团,这已经改变了人们公认的关于在其头部形成星系的理论。它’还引发了关于如何以及在何处形成球状星团的问题。

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根据新的研究,巨大的球状星团 红细胞EXT8 含有较少金属800倍的恒星–较少的较重元素–比在我们自己的阳光下能找到的还要多。该团簇所含金属比以前的球状团簇低记录低三倍。

红细胞EXT8以前曾被科学家忽略或忽略,因为它具有相似的块状球状星团的大多数预期特征。它比我们的太阳重约一百万倍,表明它拥有约一百万颗恒星,并且–就像仙女座星系中的同胞星团一样’s 光环 – it’假设是在星系历史的早期形成的。实际上,球状星团中的恒星通常被认为是一个星系’是最古老的居民。尽管具有传统标记,RBC EXT8’贫金属状态与其他球状星团(甚至是已知贫金属的球状星团)存在显着差异。

这一发现阻碍了关于星系形成的科学理论,使科学家们质疑他们所谓的“星系”。 金属性地板,或球形团簇中可能的最低含量的金属。

有山的微笑,深色头发的年轻人在距离。

天文学家 索伦·拉森(SørenLarsen) of Radboud University 在 the Netherlands led the research team that discovered 红细胞EXT8 to be 贫血的, or 贫金属. Image via 安东·潘内科克天文研究所

索伦·拉森(SørenLarsen)这项研究的主要作者是荷兰奈梅亨的拉德布德大学的天文学家。他在一个 声明:

我们的发现表明,在早期的宇宙中,气体中可能会形成大量的球状团簇,其中只有少量“散布”氢和氦以外的元素。令人惊讶的是,这种原始气体被认为是太小的构造块,无法形成如此庞大的星团。

当他’s speaking of “building blocks” here, he’s speaking of 原星系,有时称为“primeval galaxies,”本质上就是太空中的气体云’在形成星系的过程中。 Larsen告诉EarthSky,在近期内,在仙女座星系中发现了一个金属贫乏的球状星团,这意味着关于星系形成的科学理论可能需要修改一到两个。他说:

大型银河系,例如我们的银河系或[仙女座星系],被认为是由较小的原星系建立的。原星系的质量与其金属性之间存在联系。也就是说,大星系包含的金属更多(元素比氢和氦重)。因此,最贫金属的恒星和星团(主要由氢和氦组成)应在最小的原星系中形成。

要形成像RBC EXT8这样的金属贫乏星团,您将需要一个非常小的原星系,而这个星系太小而无法根据当前的星系形成理论形成如此庞大的球状星团。

因此,可能需要在这些理论中进行某些修改或调整。

科学家在观察期间看到的 凯克天文台 在夏威夷,这也促使他们重新认识球状星团。他说:

Depending on who you ask, some of the most 贫金属 globular clusters 在 the Milky Way are 梅西耶15ESO 280-SC06,金属含量减少约200至300倍– iron –比我们的太阳现在,RBC EXT8将这一限制降低到了以前被认为是最低记录的三分之一。

这很重要,因为我们认为对于球状星团为什么没有比以前的记录保持者更贫乏的金属有一些合理的解释。这些解释可能需要重新考虑;我们现在必须尝试了解这种贫金属的球状星团如何形成。

两条曲线的曲线向下陡峭,左为一,右为四。

光谱–就是说,星光分成了其组成部分的颜色–科学家在对RBC EXT8的研究中使用的蛋白,以了解该球状星团的缺陷’与另一个球状星团Messier 15相比,其镁和铁的含量更高。科学家报告说,在该图中,最合适的模型用粗黑线(对于RBC EXT8)和虚线对M15表示。图片通过 Larsen等。

当使用凯克光谱仪对团簇进行光谱观察时,科学家们获得了第三个惊喜 高分辨率埃歇尔光谱仪 (HIRES)无法展现铁和镁的预期平衡。天文学家所说的大多数 alpha元素 –硅,钙,钛–目前,该星团中的铁缺乏约400倍,根据其他球状星团的观察,Larsen表示可以预期这个数字,但是镁–也是一个alpha元素–讲了一个完全不同的故事。

镁比铁更加缺乏。 红细胞EXT8中的恒星的镁含量比太阳少约1600倍。这很令人困惑,因为镁属于一类元素– the alpha elements –在球状星团中通常比铁缺乏。镁有一种奇怪的现象,我们不太了解。

根据一个 声明 来自天文学家,导致发现金属贫瘠的球状星团RBC EXT8的奇异旅程始于2019年10月在凯克望远镜上出乎意料的一小时的额外观测时间。国际科学家团队–可从加利福尼亚大学圣克鲁斯大学远程操作,而拉森则来自荷兰的Skype–计划观察周围几个星系周围的球状星团。拉尔森说,开始只是短暂等待天体出现,却将机会变成了机会。

在夜晚开始时,我们不得不等待大约一个小时,然后我们的主要目标才会升起地平线。我们在那个小时内寻找了另一个目标,选择落在了仙女座星系中的RBC EXT8上。我们事先没有怀疑这个集群会有什么特别之处。我们之所以选择它是因为它可以在我们现有的时隙中观察到,并且因为它是仙女座星系中最亮的球状星团之一。

站立在有数学公式的一个黑板前面的黑发有胡子的人。

天文学家 亚伦·罗曼诺夫斯基 加州大学天文台分校和圣何塞州立大学的合作者之一是RBC EXT8的研究。图片通过 圣何塞州立大学

亚伦·罗曼诺夫斯基 这项研究的共同作者是加州大学圣克鲁斯分校和圣何塞州立大学的天文台。他说,像RBC EXT8这样的发现提醒科学家们永远不要忽视它,因为它可能包含科学改变的惊喜。他说:

令我惊讶的是,这个杰出的星团正坐在我们的鼻子下面。它是仙女座星系中最明亮的星团之一,数十年来一直为人所知,但没有人详细检查过。它显示了宇宙仍然有许多让我们发现的惊喜。它还提醒我们检查我们的假设;在这种情况下,假设已经研究了足够多的簇以了解它们的贫血程度。

多个彩虹条纹沿它们的垂直细线。

欧洲南方天文台为这张图片命名“太阳的条形码。” It’s a very long 光谱 切成小块,然后一个又一个地展示出来。图片来自NOAO / AURA / NSF / ESO.

光谱taken with the HIRES spectrometer at the Keck telescope split the makeup of 红细胞EXT8 在to a rainbow, with absorption lines – dark regions –揭示哪些元素及其中的哪些元素已被吸收到星团中的恒星大气中。拉森说:

每个原子都有自己的一套线,一种“指纹”,通过测量这些线上吸收了多少光,我们可以算出恒星中有多少铁,镁等。

尽管有许多启示,但这项研究提出的问题多于科学家的答案,但拉森及其团队表示,他们已经准备好迎接挑战。拉森解释说:

这一发现很重要,因为它为我们提供了一种验证星系形成理论以及诸如质量-金属关系之类的方法的方法。我们还想知道是否还有其他集群,例如RBC EXT8,因此我们必须尝试找出如何找到它们。

底线:迄今为止记录的最贫金属的球状星团的发现,迫使科学家们重新考虑星系和球状星团是如何形成的。

资料来源:仙女座星系中极度缺乏金属的球状星团

通过天文学

通过凯克天文台

艾米·奥利弗(Amy Oliver)