引发风暴的远古巨大棒旋星系

周一 · 知古通今  | 周二 · 牧夫专栏

周三 · 风月同天|   周四 · 观测指南

周五 · 深空探测|  周六 · 茶余星话| 周日 · 太空探索

翻译：甘林

校对：梁晨

审核：牧夫天文校对组

美编：张一帆

后台：李子琦

https://www.nao.ac.jp/news/science/2025/20250522-alma.html

■J0107a星系。左图是由詹姆斯・韦布太空望远镜（JWST）拍摄的近红外图像。画面下方的两个天体是位于较近距离的星体。（图片来源：NASA）

右图是由ALMA望远镜观测到的气体分布图。棒状结构呈顺时针方向旋转，大量气体正从旋转前方的边缘向中心塌落。（图片来源：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO），Huang 等）

ALMA望远镜详细地捕捉到了具有“棒旋”结构的怪物级星系中，棒状结构内气体的分布与运动情况。研究结果显示，这个存在于宇宙早期的星系，虽然外形上与当前宇宙中的棒旋星系非常相似，但其内部却有剧烈的气体运动，伴随着猛烈的恒星形成活动。这项发现为我们理解银河的成长与演化历程，提供了新的重要见解。

宇宙诞生后仅几十亿年的早期宇宙中，曾存在着大量“怪物星系”，它们以比现今宇宙中的星系快数百倍的速度进行恒星形成。这种剧烈的恒星诞生活动会产生大量尘埃，而这些尘埃会吸收可见光，因此，主要是通过不易受到尘埃影响的毫米波和亚毫米波观测手段探测这类星系。

人们曾认为，怪物星系最终会演化成长为巨大的椭圆星系。然而，近年来的研究发现，利用不易受到尘埃影响的红外线观测，也能够清晰捕捉到这些星系的形态，并且还进一步发现许多怪物星系拥有圆盘结构。特别是，通过具有高分辨率的詹姆斯・韦布太空望远镜的观测，人们陆续识别出一些怪物银河呈现出螺旋星系的形态。然而，由于韦布太空望远镜难以详细观测星系内部气体的运动，因此尚未能够彻底揭示这些星系中剧烈恒星形成活动的具体机制。

为了深入研究拥有圆盘结构的怪物星系中的恒星形成机制，由日本国立天文台等机构的研究人员组成的研究团队，将目光聚焦在一颗名为“J0107a”的星系上。这是一颗由韦布太空望远镜观测到的巨大棒旋结构星系。

为了探明该星系内部气体的运动，研究团队使用ALMA望远镜观测了星际分子所发出的无线电波。结果发现，尽管J0107a与现代宇宙中存在的棒旋星系在棒状结构中的气体分布与运动方面极为相似，但在棒状结构中气体相对于恒星的比例，以及气体的速度方面，却存在明显差异。

J0107a的棒状结构中，气体的比例是当前星系的数倍，气体以每秒数百公里的速度，在半径约达两万光年的范围内剧烈流动，其中一部分气体流向星系中心，引发了猛烈的恒星形成活动。这一现象被认为是我们首次“目击”到早期宇宙中棒旋结构形成的过程。过去从未观测到像这样的结构与过程，甚至在理论与模拟研究中也未曾预测。

本研究的负责人、日本名古屋大学从事研究工作的国立天文台范博士特别研究员表示：“这次观测所获得的关于气体详细分布与运动的信息，不仅对于揭示星系的多样起源非常重要，也为理解星系中普遍存在的棒状结构的形成与演化提供了关键线索。”

星系的形成与演化，一直是在大尺度气体流动的背景下发生的。本次研究提出了一个新的演化图景：圆盘状星系诞生于超越星系尺度的大规模气体流动之中，随后星系内部的演化过程促使棒状结构的出现，而这种星系尺度的剧烈气体流动又进一步引发了活跃的恒星形成活动。为验证这一图景的细节，研究团队计划继续利用ALMA望远镜，对超越星系尺度的更大范围气体流动进行观测，从而进一步揭示星系形成与演化的深层机制。

责任编辑：甘林

牧夫新媒体编辑部