30多年前，紅外天文衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)宇宙中有許多極其明亮的星系，有些比我們的銀河系還要亮一千多倍，但實際上它們在可見光波段是看不見的。這些星系是由“深埋”在塵埃和氣體云中的恒星形成爆發(fā)提供動力?；覊m吸收紫外線，同時輻射紅外線波長。在許多情況下，這種超活躍是由星系間的碰撞碰撞引發(fā)，碰撞碰撞促進了星際氣體坍縮成新的恒星。
星系之間的碰撞很常見，大多數(shù)星系在其一生中可能都經(jīng)歷過一次或多次碰撞，這使得這些相互作用成為星系演化和宇宙中恒星形成的一個重要階段。例如，銀河系被引力束縛在仙女座星系上，正以每秒50千米的速度接近仙女座星系，在局部宇宙中，目前約有5%的星系處于合并狀態(tài)，星系合并通?？梢院苋菀椎赝ㄟ^它們產(chǎn)生的可見形態(tài)扭曲來識別，比如從星系盤中掃出的潮汐尾巴。然而，并不是所有紅外發(fā)光星系都有這樣的扭曲現(xiàn)象。
對于早期宇宙時代的研究來說，識別(和分類)合并的問題變得尤為棘手。那時恒星的形成速度遠(yuǎn)高于今天，而那時星系的合并速度也更高。此外，正是因為這些星系的亮度如此之高，它們才更容易在深度星系調(diào)查中被發(fā)現(xiàn)。但是，遙遠(yuǎn)宇宙中的星系太遙遠(yuǎn)了，無法探測到潮汐臂之類的空間信號(至少用目前的望遠(yuǎn)鏡是這樣)。除了合并引發(fā)的恒星形成，其他過程也有可能照亮了這些明亮的星系，例如，超大質(zhì)量黑洞的吸積可以釋放大量紫外線輻射。
由于這種情況，僅憑光度測量來估計早期宇宙中的恒星形成可能是不正確的。CfA天文學(xué)家Lars Hernquist是計算機模擬星系合并的先驅(qū)。幾年前，他和同事制作了一個大型模擬宇宙中星系形成和演化的模型，叫做illustration。在一篇基于Ilustris合并星系模擬圖像的新論文中，天文學(xué)家們提出了一種方法來幫助識別系統(tǒng)何時合并。用模擬的哈勃和詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡合成了大約100萬幅圖像。然后尋找合并的常見形態(tài)指標(biāo)。
同時開發(fā)了一種算法，成功地識別出了大約70%的完整程度合并，距離可達850億光年(目前的距離值)，與大爆炸后20億年的光相對應(yīng)。該算法的結(jié)果表明，與強中心濃度(或隆起)相關(guān)的空間特征對選擇過去的合并最為重要，而雙核和不對稱對選擇未來合并最為重要(即在未來2.5億年的某個時候)，新算法將特別有價值的應(yīng)用于未來韋伯觀測到非常遙遠(yuǎn)的合并。
博科園｜研究/來自：哈佛史密森尼天體物理中心
參考期刊《皇家天文學(xué)會月刊》
DOI: 10.1093/mnras/stz1059
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