大爆炸後不到 10 億年，再發現充滿塵埃的星系系統
2019 年 12 月 13 日
瀰塵恆星形成星系是宇宙最強大的恆星托兒所，含有大量氣體塵埃，以每年高達數千個太陽質量的速率形成新生恆星，而天文學家認為這種星系應該不會出現在宇宙早期。然而 ALMA 這陣子便陸續找到了幾個，且時間點都落在大爆炸後 10 億年內。
瀰塵恆星形成星系（ Dusty star-forming galaxy ， DSFG ）是正在經歷高速率恆星形成過程的星暴星系，其恆星形成率（ star-formation rate ， SFR ，註）高達每年數千個太陽質量，相比之下，如今銀河系的恆星形成率僅約每年 3 個太陽質量物質。
天文學家相信瀰塵恆星形成星系在宇宙演化中扮演著重要角色，但想找到它們說起來容易做起來難，目前已知的瀰塵恆星形成星系非常稀少，因為星系內的恆星光芒通常都被掩埋在大量雲塵之下。
2018 年時，阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ ALMA ）發現了 SPT0311-58 瀰塵星系系統，離大爆炸僅 7.8 億年，由一大一小星系組成，較大的一個以每年 2,900 個太陽質量的速率形成恆星，包含 2,700 億倍太陽質量的氣體、 30 億倍太陽質量的塵埃。
而今年， ALMA 再度發現一個離大爆炸僅 9.7 億年的瀰塵星系系統，稱為「MM J100026.36 + 021527.9 （簡稱 MAMBO-9 ）」，同樣由兩個彼此相距 19,600 光年的星系（ MAMBO-9-A 及 MAMBO-9-B ）構成，兩者未來可能合併。
▲ MAMBO-9 系統在無線電波波段下的圖像。
新研究作者之一 Manuel Aravena 表示，其實在 10 年前，科學家就曾利用 IRAM 30 米望遠鏡和 Plateau de Bure 干涉儀檢測到 MAMBO-9 星系發出的光，只是當時觀測儀器不夠敏感，無法揭露星系與我們的距離，加上其他望遠鏡找不到這道光源，以至於研究人員懷疑 MAMBO-9 星系是否真實。
現在歸功於 ALMA 的高解析度，天文學家首次在未借助重力透鏡作用的情況下直接發現極遙遠星系，這代表 MAMBO-9 系統的光線未被中途的重力場扭曲，天文學家可以獲得更多清晰細節。
數據顯示 MAMBO-9 系統總質量非常驚人，高達 3.3 兆倍太陽質量，其中恆星質量約 32 億倍太陽質量，塵埃質量約 13 億倍太陽質量，氣體（分子雲）質量則約 1,700 億倍太陽質量。
一般來說，科學家期待看到恆星質量比塵埃多 100 倍，但該系統的氣體與塵埃總質量又意味著 MAMBO-9 系統尚未形成大部分恆星，加上塵埃通常是垂死恆星留下的副產物，因此科學家必須找出宇宙如何在大爆炸之後不到 10 億年時間內，迅速形成大量塵埃的機制。
新論文發表在《天文物理期刊》（ The Astrophysical Journal ）。
註：恆星形成率（ SFR ）是指星系將氣體轉化成恆星的速率。
- ALMA Spots Most Distant Dusty Galaxy Hidden in Plain Sight
- Meet MAMBO-9, one of the most distant galaxies to ever be observed
- Dusty star-forming galaxy MAMBO-9 investigated in detail
（圖片來源：美國國家電波天文台）
原文網址：https://technews.tw/2019/12/13/dusty-star-forming-galaxy-mambo-9-alma-early-universe-dust-starlight/
