來源：原理
在早期星系中，恒星的形成速度非?？?。每年有數(shù)十顆到數(shù)萬顆恒星形成。要了解早期星系中的恒星形成過程，研究這些星系中的氣體含量和塵埃具有重要意義。通過這些研究，我們能有望更好地了解這些星系的屬性，比如有多少恒星正在形成，氣體轉(zhuǎn)化為恒星的速度，星系之間以及星系與星際介質(zhì)的相互作用等等。
水（H2O），是宇宙中第三豐富的一類分子，僅次于氫分子（H2）和一氧化碳分子（CO）分子之后。有研究表明，水或許可以被視為恒星形成的標(biāo)志。在過去的一些對(duì)近域宇宙和早期宇宙的星系的研究中，天文學(xué)家已經(jīng)將對(duì)宇宙中的水的觀測(cè)，與來自塵埃的遠(yuǎn)紅外輻射聯(lián)系在了一起。塵埃會(huì)吸收來自星系中的恒星的紫外輻射，并以遠(yuǎn)紅外光的形式重新釋放。這會(huì)進(jìn)一步激發(fā)水分子，產(chǎn)生能被觀測(cè)到的水的信號(hào)。
最近，一項(xiàng)發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》雜志上的研究表明，天文學(xué)家利用這種方法，在一個(gè)遙遠(yuǎn)的、古老的大質(zhì)量星系中，發(fā)現(xiàn)了水的痕跡。這是迄今為止對(duì)早期宇宙中的星系的分子氣體含量的最詳細(xì)觀測(cè)，同時(shí)也是對(duì)水的最遠(yuǎn)規(guī)則產(chǎn)星星系的的探測(cè)。新的觀測(cè)結(jié)果首次證明了，對(duì)地球生命來說必不可少的水，也在第一批恒星的形成過程中起到了重要作用。
這個(gè)星系名為SPT0311-58，它距離地球約128.8億光年之遠(yuǎn)。2017年，阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣（ALMA）的科學(xué)家首次探測(cè)到這個(gè)星系，它所看到的是大爆炸后10億年左右的畫面，正處于再電離時(shí)期的星系。根據(jù)天文學(xué)家的估算，當(dāng)時(shí)這個(gè)星系的年齡大約只有7.8億年，大約為現(xiàn)在年齡的5%。
在目前所有已知的早期宇宙星系中，SPT0311-58有著最大的質(zhì)量。與早期宇宙中的其他星系相比，它含有更多的氣體和塵埃，這為天文學(xué)家提供了豐富的機(jī)會(huì)去觀測(cè)各種各樣的分子，以及更好地了解這些創(chuàng)造了生命的元素是如何影響早期宇宙的發(fā)展的。
SPT0311-58由兩個(gè)星系組成，科學(xué)家認(rèn)為，SPT0311-58中的這兩個(gè)星系可能正在合并。星系中快速形成的恒星不僅耗盡了它們的氣體或產(chǎn)星燃料，而且可能最終導(dǎo)致這兩個(gè)星系演變成大質(zhì)量橢圓星系，就像現(xiàn)在在近域宇宙中所看到的那些那樣。
現(xiàn)在，這次最新的觀測(cè)也是由ALMA完成的。通過對(duì)SPT0311-58的分子氣體進(jìn)行高分辨率觀測(cè)，天文學(xué)家在這兩個(gè)星系中的較大一個(gè)內(nèi)，不僅發(fā)現(xiàn)了水分子，同時(shí)還有一氧化碳分子。
這些圖像顯示了ALMA在對(duì)早期大質(zhì)量星系SPT0311-58的觀測(cè)時(shí)所看到的分子線和塵埃連續(xù)譜。左圖顯示的是一張合成圖像，結(jié)合了塵埃的連續(xù)譜以及水（H?0）和一氧化碳（CO）的分子線。右邊的第一張圖顯示的是塵埃的連續(xù)譜（紅色），第二張顯示的是水的分子線（藍(lán)色），另外三張顯示的是一氧化碳的三個(gè)不同的分子線躍遷。這些圖像證明了在宇宙進(jìn)化的最初階段，水就已經(jīng)存在。| 圖片來源：ALMA （ESO/NAOJ/NRAO）/S。 Dagnello （NRAO）
氧和碳都是最早出現(xiàn)在宇宙中的一批元素，以一氧化碳和水分子的形式出現(xiàn)的氧和碳對(duì)地球生命來說至關(guān)重要。研究人員解釋說，這次對(duì)這兩種分子的探測(cè)結(jié)果表明，在元素于早期恒星中形成不久之后，分子宇宙就變得強(qiáng)大了起來。
這樣的結(jié)果令天文學(xué)家興奮，同時(shí)它也帶來了越來越多的與早期宇宙有關(guān)的觀測(cè)。研究這些形成于早期宇宙中的第一批星系有著重大的科學(xué)意義，它能幫助我們更好地了解宇宙，以及宇宙中萬物的誕生、成長和演化。而探測(cè)這些位處遙遠(yuǎn)的分子，也讓我們有了機(jī)會(huì)去深入了解與不同于如今的宇宙的基本過程。
關(guān)于SPT0311-58和早期宇宙的星系，還有很多東西需要了解。目前，天文學(xué)家還不明白如此大量的氣體和塵埃，是如何在年輕宇宙中聚集起來，并形成第一批恒星和早期星系的。要解答這個(gè)問題，我們還需要對(duì)這些星系以及類似的產(chǎn)星星系展開進(jìn)一步研究，以便更好地了解早期宇宙的結(jié)構(gòu)形成和演化。
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