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翻譯：甘林

校對(duì)：梁晨

審核：牧夫天文校對(duì)組

美編：張一帆

后臺(tái)：李子琦

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

■J0107a星系。左圖是由詹姆斯?韋布太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）拍攝的近紅外圖像。畫(huà)面下方的兩個(gè)天體是位于較近距離的星體。（圖片來(lái)源：NASA）

右圖是由ALMA望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的氣體分布圖。棒狀結(jié)構(gòu)呈順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，大量氣體正從旋轉(zhuǎn)前方的邊緣向中心塌落。（圖片來(lái)源：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO），Huang 等）

ALMA望遠(yuǎn)鏡詳細(xì)地捕捉到了具有“棒旋”結(jié)構(gòu)的怪物級(jí)星系中，棒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)氣體的分布與運(yùn)動(dòng)情況。研究結(jié)果顯示，這個(gè)存在于宇宙早期的星系，雖然外形上與當(dāng)前宇宙中的棒旋星系非常相似，但其內(nèi)部卻有劇烈的氣體運(yùn)動(dòng)，伴隨著猛烈的恒星形成活動(dòng)。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為我們理解銀河的成長(zhǎng)與演化歷程，提供了新的重要見(jiàn)解。

宇宙誕生后僅幾十億年的早期宇宙中，曾存在著大量“怪物星系”，它們以比現(xiàn)今宇宙中的星系快數(shù)百倍的速度進(jìn)行恒星形成。這種劇烈的恒星誕生活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量塵埃，而這些塵埃會(huì)吸收可見(jiàn)光，因此，主要是通過(guò)不易受到塵埃影響的毫米波和亞毫米波觀測(cè)手段探測(cè)這類星系。

人們?cè)J(rèn)為，怪物星系最終會(huì)演化成長(zhǎng)為巨大的橢圓星系。然而，近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，利用不易受到塵埃影響的紅外線觀測(cè)，也能夠清晰捕捉到這些星系的形態(tài)，并且還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)許多怪物星系擁有圓盤結(jié)構(gòu)。特別是，通過(guò)具有高分辨率的詹姆斯?韋布太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)，人們陸續(xù)識(shí)別出一些怪物銀河呈現(xiàn)出螺旋星系的形態(tài)。然而，由于韋布太空望遠(yuǎn)鏡難以詳細(xì)觀測(cè)星系內(nèi)部氣體的運(yùn)動(dòng)，因此尚未能夠徹底揭示這些星系中劇烈恒星形成活動(dòng)的具體機(jī)制。

為了深入研究擁有圓盤結(jié)構(gòu)的怪物星系中的恒星形成機(jī)制，由日本國(guó)立天文臺(tái)等機(jī)構(gòu)的研究人員組成的研究團(tuán)隊(duì)，將目光聚焦在一顆名為“J0107a”的星系上。這是一顆由韋布太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的巨大棒旋結(jié)構(gòu)星系。

為了探明該星系內(nèi)部氣體的運(yùn)動(dòng)，研究團(tuán)隊(duì)使用ALMA望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了星際分子所發(fā)出的無(wú)線電波。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管J0107a與現(xiàn)代宇宙中存在的棒旋星系在棒狀結(jié)構(gòu)中的氣體分布與運(yùn)動(dòng)方面極為相似，但在棒狀結(jié)構(gòu)中氣體相對(duì)于恒星的比例，以及氣體的速度方面，卻存在明顯差異。

J0107a的棒狀結(jié)構(gòu)中，氣體的比例是當(dāng)前星系的數(shù)倍，氣體以每秒數(shù)百公里的速度，在半徑約達(dá)兩萬(wàn)光年的范圍內(nèi)劇烈流動(dòng)，其中一部分氣體流向星系中心，引發(fā)了猛烈的恒星形成活動(dòng)。這一現(xiàn)象被認(rèn)為是我們首次“目擊”到早期宇宙中棒旋結(jié)構(gòu)形成的過(guò)程。過(guò)去從未觀測(cè)到像這樣的結(jié)構(gòu)與過(guò)程，甚至在理論與模擬研究中也未曾預(yù)測(cè)。

本研究的負(fù)責(zé)人、日本名古屋大學(xué)從事研究工作的國(guó)立天文臺(tái)范博士特別研究員表示：“這次觀測(cè)所獲得的關(guān)于氣體詳細(xì)分布與運(yùn)動(dòng)的信息，不僅對(duì)于揭示星系的多樣起源非常重要，也為理解星系中普遍存在的棒狀結(jié)構(gòu)的形成與演化提供了關(guān)鍵線索?！?/p>

星系的形成與演化，一直是在大尺度氣體流動(dòng)的背景下發(fā)生的。本次研究提出了一個(gè)新的演化圖景：圓盤狀星系誕生于超越星系尺度的大規(guī)模氣體流動(dòng)之中，隨后星系內(nèi)部的演化過(guò)程促使棒狀結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，而這種星系尺度的劇烈氣體流動(dòng)又進(jìn)一步引發(fā)了活躍的恒星形成活動(dòng)。為驗(yàn)證這一圖景的細(xì)節(jié)，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)利用ALMA望遠(yuǎn)鏡，對(duì)超越星系尺度的更大范圍氣體流動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，從而進(jìn)一步揭示星系形成與演化的深層機(jī)制。

責(zé)任編輯：甘林

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ALMA望遠(yuǎn)鏡 觀測(cè)重力透鏡現(xiàn)象下的SDP.81星系

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