中央研究院天文与天体物理研究所(ASIAA)陈克荣博士领导的研究小组利用高分辨率三维辐射流体动力学模拟和在超级计算机上运行的详细超新星物理模型，揭示了物理特性第一批星系的数量主要由第一批恒星的质量决定。他们的研究发表在《天体物理学杂志》上。

揭示第一个星系的形成

宇宙黎明预计在大爆炸后约200-4亿年开始，标志着宇宙黑暗时代的结束，第一批恒星(流行III恒星)和星系的照亮。根据现代宇宙学，暗物质(DM)晕的分级组装提供了引力井，促进了原始气体的形成，从而在质量约为100万太阳质量的迷你DM晕中诞生了第一批恒星。

随着第一批恒星的出现，这些恒星及其超新星的辐射、金属和质量的注入引发了一个变革过程，将简单的早期宇宙演变成一个日益复杂的状态。宇宙黎明象征着大爆炸后的第二次相变。然而，从最初的单个恒星到最初的星系的形成的关键转变仍然是现代天体物理学的一个中心难题。

当DM晕通过结构形成的分层组装达到约10亿太阳质量时，它们的质量足以维持恒星诞生和爆炸的连续周期。这标志着第一个星系的出现，因为它们可以维持恒星的形成，而不会失去星系间介质的所有燃料。

这些第一批星系的形成不仅受到DM演化的影响，还受到令人畏惧的气体物理学的影响。来自第一代恒星及其超新星的复杂化学、辐射和机械反馈在塑造第一代星系中的恒星种群方面发挥了至关重要的作用。

为了解决这个重大问题，陈克荣博士领导爆炸小组利用强大的超级计算机进行高分辨率3D辐射流体动力学模拟，结合详细的超新星物理学来模拟第一个星系的形成。

他们的结果表明，第一个星系的物理特性是由第一个恒星的质量决定的。来自大质量第一恒星的超新星会产生更多的金属，通过冷却原始气体来影响原始气体，从而形成低质量恒星。

与银河系巨大的螺旋结构相反，这些最初的星系在没有旋转支撑的情况下表现出不规则的形状。在它们的中心区域内，可以形成几百到几千颗第二代恒星(PopII恒星)。第一星系中气体的金属丰度已富集至大约0.01个太阳金属丰度。

模拟还表明，最初的恒星并不是大多数最初星系的主要组成部分，因为在坍缩成原始恒星之前，大质量晕中的气体通常在分级组装过程中受到来自其他PopIII超新星的金属的污染。

这些第一批星系被认为是宇宙黎明的里程碑，在宇宙中直接探测它们是詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)和即将推出的30米级地面望远镜的一个重要目标。这一发现在第一批恒星的消亡和第一批星系的出现之间架起了一座桥梁，为宇宙黎明的物理学提供了宝贵的见解。