加州理工学院新项目COMAP将揭开恒星形成的隐秘时代的面纱

2022年08月12日 09:34 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

加州理工学院的一个名为COMAP的新项目将为我们提供一个关于星系形成早期时代的新视角。在我们的宇宙诞生后大约4亿年的某个时候,第一批恒星开始形成。这标志着宇宙所谓的黑暗时代的结束,一个充满光明的新时代开始了。随着时间的推移,越来越多的星系开始成形,并成为制造新恒星的“工厂”。这个过程在大爆炸后大约40亿年达到了一个高峰。

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对天文学家来说,幸运的是,这个已经过去的时代仍然可以被观察到。遥远的光线需要时间才能到达我们这里,强大的望远镜可以捕捉到数十亿年前的星系和恒星发出的光线(我们的宇宙有138亿年的历史)。然而,我们宇宙历史上的“这一章节”的细节是模糊的,因为当时正在形成的大多数恒星都很微弱,被尘埃所掩盖。

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加州理工学院的COMAP(CO Mapping Array Project)项目,将向我们展示对星系形成这一时代的新一瞥。它将有助于回答关于到底是什么导致了宇宙中恒星产量的快速增长。

该项目的主要研究者、加州理工学院欧文斯谷射电天文台(OVRO)的副主任Kieran Cleary说:“在观察这一时期的星系时,大多数仪器可能会看到‘冰山一角’。但是COMAP将看到隐藏在下面的东西。”

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在项目的当前阶段,OVRO的10.4米“Leighton”射电盘被用来研究分布在空间和时间上的最常见的各种星系形成的星系。这包括那些因为太暗或被尘埃掩盖而很难用其他方式观察的星系。无线电观测追踪冷氢气体,这是制造恒星的原材料。这种气体不容易直接定位,因此COMAP测量来自一氧化碳气体的明亮的无线电信号,这种气体总是与氢气一起存在。COMAP的无线电相机是有史以来为探测这些无线电信号而建造的最强大的相机。

该项目的第一批科学成果刚刚在《天体物理学杂志》上发表了七篇论文。根据计划中的五年调查一年后的观测结果,COMAP对所研究的星系中必须存在多少冷气体设定了上限,包括那些通常太暗和尘埃太多无法看到的星系。虽然该项目还没有直接探测到一氧化碳信号,但这些早期结果表明,它有望在最初的五年调查结束时做到这一点,并最终将描绘出迄今为止最全面的宇宙恒星形成史。

“展望项目的未来,我们的目标是利用这种技术连续地在时间上看得越来越远,”Cleary说。“从大爆炸后40亿年开始,我们将不断地往后推,直到我们到达第一批恒星和星系的时代,也就是几十亿年前。”

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共同主要研究者、罗宾逊天文学荣誉教授Anthony Readhead说,COMAP不仅会看到恒星和星系的第一个纪元,而且还会看到它们的史诗般的衰落。他说:“我们将观察到恒星形成像海潮一样的起伏。”

COMAP的工作方式是捕捉宇宙时间内星系团的模糊无线电图像,而不是单个星系的清晰图像。这种模糊性使天文学家能够有效地捕捉到来自更大的星系池的所有射电光,甚至是那些从未见过的最微弱和最多灰尘的星系。

“通过这种方式,我们可以找到典型的、微弱的星系的平均属性,而不需要非常精确地知道任何单个星系的位置,”Cleary解释说。“这就像用温度计找到大量水的温度,而不是分析单个水分子的运动。”

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