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(shí)際上它們?cè)诳梢?jiàn)光波段是看不見(jiàn)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(dòng)力。

灰塵吸收紫外線，同時(shí)輻射紅外線波長(zhǎng)。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(jìn)了星際氣體坍縮成新的恒星。

星系之間的碰撞很常見(jiàn)，大多數(shù)星系在其一生中可能都經(jīng)歷過(guò)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(gè)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^(guò)它們產(chǎn)生的可見(jiàn)形態(tài)扭曲來(lái)識(shí)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(duì)于早期宇宙時(shí)代的研究來(lái)說(shuō)，識(shí)別(和分類)合并的問(wèn)題變得尤為棘手。那時(shí)恒星的形成速度遠(yuǎn)高于今天，而那時(shí)星系的合并速度也更高。此外，正是因?yàn)檫@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(wú)法探測(cè)到潮汐臂之類的空間信號(hào)(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(guò)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(cè)量來(lái)估計(jì)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(jì)算機(jī)模擬星系合并的先驅(qū)。幾年前，他和同事制作了一個(gè)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(lái)幫助識(shí)別系統(tǒng)何時(shí)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(wàn)幅圖像。然后尋找合并的常見(jiàn)形態(tài)指標(biāo)。

同時(shí)開發(fā)了一種算法，成功地識(shí)別出了大約70%的完整程度合并，距離可達(dá)850億光年(目前的距離值)，與大爆炸后20億年的光相對(duì)應(yīng)。該算法的結(jié)果表明，與強(qiáng)中心濃度(或隆起)相關(guān)的空間特征對(duì)選擇過(guò)去的合并最為重要，而雙核和不對(duì)稱對(duì)選擇未來(lái)合并最為重要(即在未來(lái)2.5億年的某個(gè)時(shí)候)，新算法將特別有價(jià)值的應(yīng)用于未來(lái)韋伯觀測(cè)到非常遙遠(yuǎn)的合并。

博科園｜研究/來(lái)自：哈佛史密森尼天體物理中心

參考期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz1059

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