来自23个遥远星系的光，在哈勃太空望远镜图像的顶部用红色矩形标识，被组合起来捕捉来自8种不同元素的难以置信的微弱发射，这在底部的JWST光谱中被标记。虽然科学家经常在地球上发现这些元素，但天文学家很少在遥远的星系中观察到它们。鸣谢:dprenvip.com/艾伦·m·盖勒，西北大学，CIERA + IT-RCDS
（奇点天文dprenvip.com）据西北大学：与人类青少年相似，青少年星系也很笨拙，经历着快速增长，喜欢重金属——镍。
西北大学领导的一个天体物理学家小组分析了CECILIA(星际极光中使用电离线约束的化学演化)调查的第一批结果，该计划使用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)研究遥远星系的化学。
根据早期的结果，所谓的“青少年星系”——在大爆炸后20至30亿年形成——异常炎热，包含意想不到的元素，如镍，这是众所周知的难以观察到的。
这项名为“CECILIA:z ~ 2-3恒星形成星系的微弱发射线光谱”的研究发表在11月20日的《天体物理学杂志快报》上。这是塞西莉亚调查的一系列研究中的第一个。
“我们试图了解星系在140亿年的宇宙历史中是如何成长和变化的，”领导这项研究的西北大学的艾利森·斯特罗姆说。“利用JWST，我们的项目以青少年星系为目标，当时他们正经历着增长和变化的混乱时期。青少年通常有一些经历，这些经历决定了他们进入成年的轨迹。对于星系来说，也是一样的。”
作为塞西莉亚调查的主要调查者之一，斯特罗姆是西北大学温伯格文理学院物理学和天文学助理教授，也是西北大学天体物理学跨学科探索和研究中心(CIERA)的成员。斯特罗姆和卡内基天文台的科学家格温·鲁迪共同领导塞西莉亚调查。
“化学DNA”揭示了星系的形成
塞西莉亚天文台以第一位获得天文学博士学位的女性之一塞西莉亚·佩恩·加波施金的名字命名，观测来自遥远星系的光谱(或不同波长的光量)。斯特罗姆把星系的光谱比作它的“化学DNA”。通过在星系的“青少年”时期检查这些DNA，研究人员可以更好地了解它是如何成长的，以及它将如何演变成一个更成熟的星系。
例如，天体物理学家仍然不明白为什么一些星系会出现“红色和死亡”，而其他星系，如我们的银河系，仍然在形成恒星。星系的光谱可以揭示其关键元素，如氧和硫，这为了解星系以前的行为和未来的行为提供了一个窗口。
“这些青少年时期真的很重要，因为这是成长最多的时候，”斯特罗姆说。“通过研究这一点，我们可以开始探索导致银河系看起来像银河系的物理学——以及为什么它可能看起来与邻近的星系不同。”
在这项新的研究中，斯特罗姆和她的合作者在去年夏天使用JWST连续30个小时观察了33个遥远的青少年星系。然后，他们将其中23个星系的光谱结合起来，构建了一幅合成图。
“这洗掉了单个星系的细节，但让我们对一个普通星系有了更好的了解。它还能让我们看到更模糊的特征，”斯特罗姆说。“这比我们用地面望远镜从宇宙历史的这个时期收集的任何光谱都要深刻和详细得多。”
光谱惊喜
超深光谱揭示了八种不同的元素:氢、氦、氮、氧、硅、硫、氩和镍。所有比氢和氦重的元素都在恒星内部形成。因此，某些元素的存在提供了星系演化过程中恒星形成的信息。
虽然斯特罗姆预计会看到更轻的元素，但她对镍的存在感到特别惊讶。镍比铁重，非常稀有，难以观察。
“我做梦也没想到我们会看到镍，”斯特罗姆说。“即使在附近的星系，人们也不会观察到这一点。一个星系中必须有足够多的元素和合适的条件来观察它。没人说过要观察镍。元素必须在气体中发光，我们才能看到它们。因此，为了让我们看到镍，星系中的恒星可能有一些独特的东西。”
另一个惊喜是:青少年星系非常热。通过检查光谱，物理学家可以计算出星系的温度。虽然最热的星系袋可以达到9700摄氏度(17492华氏度)，但青少年星系的温度高于13350摄氏度(24062华氏度)。
“这只是星系在年轻时有多么不同的额外证据，”斯特罗姆说。“最终，我们看到更高特征温度的事实只是它们不同化学DNA的另一种表现，因为星系中气体的温度和化学性质有着内在的联系。”
研究数据来自空间望远镜科学研究所的米库尔斯基空间望远镜档案馆和W.M .凯克天文台。
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