哈勃望远镜帮助解开超致密，燃烧殆尽星系之谜
http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2014/10/full/天文学家借助于哈勃太空望远镜，斯皮策和赫歇尔红外空间望远镜及地面望远镜，描绘出了宇宙中最庞大星系的演化全景图，从它们还是最初的具有高恒星密度的星系核，并伴随着剧烈的恒星诞生，直到它们最终成为巨型椭圆星系的宿命。
这一发现解决了一个存在了长达数十年的谜团，即当宇宙只有30亿岁时，或只有目前138亿岁的四分之一时，致密的椭圆形星系是如何已经完成了制造恒星的工作。这些致密的椭圆星系现在已经被明确地与早期星系联系起来，这些早期星系内灰尘满天，到处是剧烈的星爆，星际气体很快就被用于制造恒星而消耗殆尽。然后这些星系相互融合，随着新生恒星的慢慢冷却而不断长大，最终成为巨大的椭圆星系。
“这是第一次有人把超致密的燃尽星系的具有代表性的光谱样本与哈勃太空望远镜的高质量红外图像相结合，” 来自哥本哈根的尼尔斯•玻尔研究所，黑暗宇宙学中心的淑娜托夫特说。
“我们至少展示了这些致密星系是如何形成的，它们是如何发生的及何时发生的，”托夫特补充， “这基本上是在理解庞大的星系是如何形成以及它们如何演变成今天的巨型椭圆星系时缺失的一环。这是多年来的奥秘，因为在大爆炸后的短短30亿年内，宇宙中大部分最庞大的星系已经完成了造星过程。“
更令人惊讶的是，托夫特说，与今天我们在邻近的宇宙空间看到的类似的椭圆星系相比，这些巨大的，燃尽的星系曾经要致密地多的多。这意味着从前的恒星分布要比今天我们看到的星系中的恒星分布要密集10至100倍。 “这相当于球状星团的恒星密度，但是分布于一个规模大的多的星系中，”托夫特说。
在描绘这些致密星系的演化序列时，托夫特确定了它们的祖先是尘埃满天，在快速制造恒星的星系，这些星系制造恒星的速度比我们的银河系快数千倍。当两个富含气体的星系相撞时，星爆就可能被点燃。这些星系充斥着星际尘埃，以至于它们在可见光波长几乎是看不见的，只能在亚毫米波段被观测到，它们首次被发现大约在20年前，被在夏威夷的詹姆斯•克拉克•麦克斯韦望远镜（亚毫米波普通用户测辐射热计阵列）相机观测到。
托夫特的团队利用哈勃的COSMOS项目的丰富数据，第一次合成了具有代表性的星系恒星分布图。
他们构建的首个具有代表性的紧凑型静态星系图，其测得的精确尺寸和距离（光谱红移）来自于哈勃太空望远镜的CANDELS项目和3D-HST项目。 3D-HST项目是一个近红外光谱调查， 来研究在遥远的宇宙中星系的形成过程。天文学家将这些数据与来自夏威夷斯巴鲁望远镜和美国航空航天局斯皮策太空望远镜的观测数据相结合。这使得天文学家们可以精确地估算这些星系的年龄，他们的结论是，这些星系，形成于强烈的星爆中，诞生于大爆炸的十亿至二十亿年后，那是极早期的宇宙。
该小组随即使用来自哈勃，斯皮策和赫歇尔太空望远镜COSMOS项目的丰富数据，以及地面望远镜，如詹姆斯•克拉克•麦克斯韦望远镜，以及亚毫米波阵列的数据，构建了另一个有代表性的超远距离星系亚毫米波谱样本。这种多光谱信息，从可见光延伸到亚毫米波长，提供了一整套关早期宇宙中星系的尺寸，质量，恒星形成率，粉尘含量以及这些灰尘笼罩星系的精确距离的信息。
托夫特的团队将这两个星系图谱样本做对比，发现了致密的椭圆星系与十至二十亿年前的亚毫米波星系之间的联系。观测表明，早期星系中猛烈的星暴活动与致密的椭圆星系先祖有着相同的特性。该小组的计算表明，在星际气体被耗尽之前，强烈的星爆活动只持续了约40千万年。
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