來自日本、墨西哥和馬薩諸塞大學(xué)阿姆赫斯特分校的天文學(xué)家組成的國際天文學(xué)家小組于2018年8月29日報告說：他們的儀器分辨率比以往任何時候都要高10倍，揭示了以前完全未知的星系結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。還能夠分析以前無法研究的動態(tài)特性。研究人員說，所謂的“怪物星系”或極端的星爆星系被認(rèn)為是像今天宇宙中的銀河系這樣的大星系的祖先，所以這些關(guān)于被稱為cosmos - aztec1的星系的發(fā)現(xiàn)為理解它們的形成和進(jìn)化鋪平了道路。

巨型星系cosmos-aztec1的印象概念圖，這個星系距離地球124億光年，形成恒星的速度是銀河系的1000倍。阿爾瑪?shù)挠^測結(jié)果顯示，在盤狀星云中有稠密的氣體濃度，在這些濃度中有密集的恒星形成。圖片：National Astronomical Observatory of Japan

博科園-科學(xué)科普：研究報告的撰寫者之一、UMass Amherst天文學(xué)教授Min Yun補(bǔ)充說：令人驚訝的是這個在130億年前被觀測到的星系擁有一個巨大有序的氣體圓盤，它的自轉(zhuǎn)規(guī)律與我們的預(yù)期完全不同，它可能是某種混亂的殘骸，這是大多數(shù)理論研究所預(yù)測的。也就是說，他們確實觀察到這個氣體盤現(xiàn)在是動態(tài)不穩(wěn)定的，這意味著組成這個星系的整個氣體盤正在分裂，正在經(jīng)歷一場巨大的恒星爆發(fā)，這有助于解釋它巨大的恒星形成速率，是銀河系的1000倍以上。

這些關(guān)于cosmos - aztec1號的最新觀測發(fā)現(xiàn)是由阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)實現(xiàn)的，該望遠(yuǎn)鏡和設(shè)施由智利的一個國際合作組織運(yùn)營。本星期這篇論文的第一作者，日本科學(xué)促進(jìn)會和日本國家天文臺的博士后研究員說：ALMA觀測的最佳部分之一就是以前所未有的分辨率看到如此遙遠(yuǎn)的星系。天文學(xué)家一直想知道為什么巨型星系能以如此驚人的速度形成恒星。為了開始理解，需要描述恒星托兒所周圍的環(huán)境，繪制分子云詳細(xì)地圖是重要的一步。

ALMA揭示了分子氣體(左)和塵埃顆粒(右)的分布，除了中心密集的云，研究小組還發(fā)現(xiàn)了離中心幾千光年遠(yuǎn)的兩團(tuán)密集的云，這些密集的云是動態(tài)不穩(wěn)定的，被認(rèn)為是密集恒星形成的地點。圖片：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tadaki et al.

Tadaki和他的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)cosmos - aztec1 -1富含恒星的成分，但要弄清星系中宇宙氣體的性質(zhì)仍然很困難。利用ALMA的高分辨率和高靈敏度觀測星系，獲得了氣體分布和運(yùn)動的詳細(xì)地圖，從而制作出了迄今為止分辨率最高的遙遠(yuǎn)巨怪星系分子氣體地圖。Tadaki解釋說:“我們發(fā)現(xiàn)在離中心幾千光年遠(yuǎn)的地方有兩個明顯的大云層。”在大多數(shù)遙遠(yuǎn)的星爆星系中，恒星都是在中心形成的。

所以發(fā)現(xiàn)偏離中心的云是令人驚訝的。這些星系最初是如何聚集了如此大量的氣體，然后在眨眼之間就把整個氣體儲備變成了恒星的，這在宇宙學(xué)上是一個完全未知的問題，只能推測，現(xiàn)在有了第一個答案。在ALMA得出這個結(jié)果之前，沒有人知道自然界是如何在大爆炸后10億年創(chuàng)造出巨大的年輕星系。10年前第一次使用阿茲特克儀器發(fā)現(xiàn)它們是一個真正的發(fā)現(xiàn)，但它無法解釋。根據(jù)新的觀測結(jié)果，研究小組成員現(xiàn)在認(rèn)為，這個巨大的星系是由“一個極重氣體的圓盤”驅(qū)動的，這個圓盤以某種方式保持穩(wěn)定，直到有足夠的氣體聚集。

我們?nèi)匀徊恢廊绱硕嗟臍怏w是如何如此迅速地被收集起來的，以及是什么阻止了這個巨大的氣體儲備燃燒并變成恒星，而在當(dāng)?shù)氐挠钪嬷校瑲怏w的作用是眾所周知的。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)cosmos - aztec1中的氣體云非常不穩(wěn)定，這是不尋常的。他們指出，在正常情況下，向內(nèi)重力和向外壓力是平衡的。一旦重力克服了壓力，氣體云就會迅速坍縮，形成恒星。然后恒星和超新星在恒星生命周期結(jié)束時爆炸，釋放出氣體，增加了向外的壓力。因此重力和壓力達(dá)到平衡狀態(tài)，恒星的形成繼續(xù)以中等速度進(jìn)行。這樣星系中恒星的形成是自我調(diào)節(jié)的。

但是在cosmos - aztec1中，壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于重力，難以平衡。因此，這個星系顯示出失控的恒星形成，并演變成一個不可阻擋的怪物星系。Tadaki, Yun和他的同事估計在1億年后，cosmos - aztec1中的氣體將被完全消耗掉，這比其他恒星形成星系的速度快10倍。為什么cosmos - aztec1中的氣體如此不穩(wěn)定尚不清楚，但一種被稱為“星系合并”的現(xiàn)象可能是原因之一。星系碰撞可能有效地將氣體輸送到一個小區(qū)域，并點燃了密集的恒星形成。目前還沒有證據(jù)表明這個星系合并了。但通過與ALMA觀測其他類似星系，揭示星系合并和怪物星系之間的關(guān)系。

博科園-科學(xué)科普｜參考期刊文獻(xiàn) :《Nature》｜研究/來自：馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校，DOI: 10.1038/s41586-018-0443-1

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