【科學講堂】模擬球狀星團形成 發現過渡型天體結構

●圖為雙鼠星系，目前正處於碰撞和合併過程中。網上圖片

●圖為NGC7006球狀星團。 網上圖片

宇宙中存在多種天體，共同構成了豐富多樣的宇宙結構。從我們熟知的太陽系、銀河系，到各類星團，均展現出獨特的形態與特徵。本期專欄將聚焦於宇宙早期星團的形成機制，並探討近期科學家運用計算機模擬宇宙演化過程所獲得的新發現，這些成果可能有助於我們更深入理解早期星團的形成過程。

球狀星團在星系中廣泛存在，屬於宇宙中年代較為久遠的星體組織之一。與其他類型星團相比，球狀星團具有更高的質量；正如其名，其中恒星聚集呈圓球狀分布，構成其顯著形態特徵。球狀星團中的恒星年齡極大，表明其形成時期正值宇宙中第一個星系尚處於組建階段。然而，關於其具體形成機制，天文學界尚未完全解明。

本研究亦涉及矮星系這一宇宙中最古老的星系類型。小型矮星系的總恒星質量與球狀星團相近，但其體積遠大於後者，意味着其密度相對較低。近期研究採用先進計算機模擬技術，重現矮星系與球狀星團的形成歷程。

一般而言，星系的形成遵循由小至大的規律，即較小星系先形成，隨後逐漸聚合形成更大星系。研究人員在模擬中納入多種物理過程，從而實現對矮星系內球狀星團形成的精細模擬。

在該計算機模擬中，研究人員成功識別出十五個矮星系。通過尋找空間聚集、年齡相近且運動速度相似的恒星群，他們進一步在矮星系周邊或內部發現約二百個球狀星團。模擬所得的矮星系與球狀星團特徵（如大小、亮度等）均與既往研究結果相符；與銀河系及鄰近星系進行對比分析後，亦表現出良好的一致性，表明該模擬具有較高的可靠性。

值得注意的是，研究人員在模擬中發現了六個介於矮星系與球狀星團之間的過渡型天體結構：這些獨特結構的亮度與球狀星團相當，但其尺寸處於兩者之間。它們形成於暗物質密度較高的區域，暗物質的引力作用加速了星體聚集過程，使其形成速度快於普通球狀星團。

組成成分多為氫氦

由於這些特殊結構的形成時間早於其他天體，其組成成分幾乎全為氫與氦，這與早期宇宙中尚未合成鋰及以上更重元素的物質環境相符。天文學家長久以來推測早期宇宙中應存在這類缺乏重元素的星體，然而至今尚未通過實際觀測確證其存在。

小結

本次研究的計算機模擬自然存在進一步優化的空間：例如，為節約計算資源，模擬未包含在較大星系中形成的球狀星團。儘管如此，已有天文學家提出，銀河系中名為C-19的恒星群可能正是這類介於矮星系與球狀星團之間的過渡結構。若此推論屬實，C-19將為我們探索宇宙早期狀態與暗物質特性提供重要的研究對象。

●杜子航 教育工作者

早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。