由意大利天文学会主办 红移z=3时C1-23152星系的彩色图像
352，当宇宙是1
80亿年前
这张照片是哈勃太空望远镜拍摄的三张不同波长的照片的总和
C1-23152看起来是一个规则的球状星系，它的光线轮廓与当地宇宙中典型的椭圆星系相匹配
它的恒星质量约为2000亿颗恒星，像太阳一样，它是在不到5亿年的时间里形成的
信用:天文国家研究所 如此年轻，已经如此进化:多亏了在大型双目望远镜上获得的观测结果，一个由意大利INAF国家天文研究所的保罗·萨拉科协调的国际研究小组得以重建一个存在于120亿年前的极其巨大的星系的原始进化史，当时宇宙只有1
80亿岁，不到现在年龄的13%
这个星系被称为C1 23152，仅在5亿年内形成，这是一个令人难以置信的短时间，产生了大约2000亿个太阳
为了做到这一点，它每年产生多达450颗恒星，每天超过一颗，恒星形成速率几乎是银河系当前速率的300倍
从这项研究中获得的信息将是目前难以解释的天体的星系形成模型的基础
宇宙中质量最大的星系的质量是太阳的几千亿倍，尽管它们在数量上只是所有星系的三分之一，但它们包含了宇宙中70%以上的恒星
由于这个原因，这些星系形成的速度和所涉及的动力学是现代天体物理学中最有争议的问题
目前的星系形成模型——所谓的等级模型——预测较小的星系形成较早，而较大的星系形成较晚，这是通过先前存在的较小星系的合并实现的
另一方面，在本地宇宙中观察到的最大质量星系的一些特性，比如它们的恒星数量的年龄，表明它们是在早期形成的
不幸的是，星系在其一生中可能经历的各种进化现象不允许天文学家定义它们形成的方式，留下了很大的不确定性
然而，这些问题的答案可以来自对早期宇宙中大质量星系特性的研究，尽可能接近它们形成大部分质量的时间
C1-23152星系光谱
信用:天文国家研究所 用大型双筒望远镜(LBT)对椭圆星系C1-23152进行了17个小时的光谱观测，使得萨拉科的团队能够重建宇宙在其当前年龄不到13%的时期的进化史
“数据显示，C1-23152的形成时间，也就是说，从第一批恒星形成之前的气体到恒星形成几乎完全停止之间的时间，不到5亿年，”保罗·萨拉科说，他是米兰INAF大学的研究员，也是发表在《天体物理学杂志》上的文章的第一作者
“此外，从LBT收集的数据来看，我们能够确定，在这短短的时间内，相当于宇宙年龄的不到百分之四，银河系形成了一个质量相当于大约2000亿颗恒星的太阳，也就是说，每年大约450个太阳
我们的星系，银河系，现在一年形成不超过两个，”塔夫茨大学的正教授和这篇文章的第二作者达尼洛·马切西尼补充道
此外，收集到的大量信息使研究小组第一次在如此遥远的星系中量化了比氦重的化学元素的丰度(所谓的金属丰度):令人惊讶的是，这个星系的恒星的金属丰度比太阳的高，与今天在宇宙中最大质量的星系中观察到的相似
“这些观测表明，宇宙中最大质量的星系的形成可以非常迅速地发生，通过早期宇宙中极其强烈的恒星形成过程，就像C1 23152一样，”那不勒斯INAF的研究员弗朗切斯科·拉·巴贝拉说
像C1-23152这样的大质量椭圆星系的可能形成场景
巨大的原始气体云在重力的作用下落在同一个区域，碰撞引发了猛烈而巨大的恒星形成过程
恒星暴增阶段预计将持续数亿年，在此期间每年会形成数百至数千颗恒星，如C1 23152
由此产生的巨大椭圆星系将随时间演变，可能会经历不同的进化现象
信用:天文国家研究所 “了解描述C1-23152形成的场景是一个特殊的例子，还是相反，它发生在宇宙中大多数最大质量的星系中，这是至关重要的，因为这需要对星系形成模型进行深刻的修正，”阿德里亚娜·加吉乌洛补充道，她也是米兰INAF大学的研究员，也是该研究的合著者
这张图片展示了一个在观测时，恒星暴增星系每年形成大约一千颗恒星的例子
这个阶段很可能是早期宇宙中大质量星系的形成阶段，比如C1 23152
信用:天文国家研究所 C1-23152那样高的恒星质量的形成，既需要高质量的气体转化为恒星，也需要特殊的物理条件
研究人员假设的一种可能情况是，在同一区域的重力作用下，巨大的原始气体云发生碰撞，引发猛烈而巨大的恒星形成过程
从观测的角度来看，最大质量星系的前身可能是恒星形成率非常高的遥远星系
“为了测试我们的假设，下一代仪器将允许我们进行的观测将是决定性的，特别是詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)，它将于2021年底发射进入轨道，以及超大型望远镜(ELT)，它是有史以来最大的地基望远镜，主镜直径为39米，将于2026年投入使用，”萨拉科总结道
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