早期宇宙中类银河系“孪生星系” 竟与银河系惊人相似

早期宇宙中类银河系“孪生星系” 竟与银河系惊人相似# 早期宇宙中的银河系 “孪生星系” 竟与银河系惊人相似 **太空** 2025年5月22日

早期宇宙中星系的奥秘愈发扑朔迷离。 一组天文学家发现了一个巨大的螺旋星系，其结构发育完善，甚至已拥有稳定的星系棒。星系棒是一种长条状结构，横跨星系中心，内部布满恒星 。这个星系在大爆炸后仅26亿年就形成了。 这并非在宇宙诞生最初30亿年内发现的首个星系棒…… 但却是首个得到详细分析的星系棒。这一发现揭示了那些经过漫长时间演化的星系之间惊人的相似之处，同时也加深了关于宇宙早期星系形成机制的疑问。 日本国立天文台的天文学家黄朔（音译）告诉《科学警报》：“最令人惊讶的是它与本地星系的相似性。” “我们提议使用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）进行观测，以确定J0107a的星系棒是否将气体向内输送，为中心的星暴提供燃料，但没想到其气体分布和运动在某种程度上竟与现今星系相似。这意味着星系结构的形成速度比我们想象得更快。”  *JWST和ALMA合成图像展示J0107a中恒星和分子气体的分布。（美国国家航空航天局、ALMA（欧洲南方天文台/日本国立天文台/美国国家射电天文台）、黄等）* 最近，在早期宇宙中发现的大型螺旋星系数量急剧增加，这对我们理解早期宇宙的演化构成了重大挑战。我们原本认为星系形成过程较为缓慢，始于一个黑洞，周围气体逐渐聚集，密度增大到一定程度后开始形成恒星。 当不断成长的星系足够大时，它会在引力作用下自行排列成我们在本地宇宙中看到的螺旋结构，包括我们的银河系。星系中心的星系棒是星系结构中高度演化和有序的部分，因此被认为是更成熟星系的特征。 此外，星系棒作为引导气体流向星系中心的通道，相当容易受到干扰，哪怕只是与路过星系的相互作用，更不用说星系碰撞了，都可能阻碍其发展。  *NGC 1300，棒旋星系的一个美丽范例。（美国国家航空航天局、欧洲航天局和哈勃遗产团队/空间望远镜科学研究所/美国天文学会）* 2023年，黄朔及其同事根据詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）、钱德拉X射线天文台和ALMA的数据，描述了一个名为J0107a的星系。这个星系非常庞大，是一个结构优美的宏伟设计螺旋星系，拥有相当于4500亿个太阳质量的恒星，恒星形成速度极快，每年可达500个太阳质量。 黄朔团队希望了解J0107a的演化，因此利用JWST和ALMA的观测数据来绘制其中气体的运动情况。他们的发现令人震惊：该星系的星系棒正以每年约600个太阳质量的速度将气体输送到星系中心，为那里的高恒星形成率提供燃料。 这种恒星-气体流动在J0107a中的发生速度比我们在本地宇宙（包括银河系）中看到的星系快10到100倍。气体流入星系中心，在那里积累并增加密度。由于恒星是从浓密的气体和尘埃云中的密集结点形成的，这种流动确实促进了恒星的诞生。这表明星系棒可能在比我们想象更早的时期，就是星系生长和演化的重要驱动力。  *JWST近红外数据（左）显示恒星分布，ALMA（右）揭示分子气体流动。（美国国家航空航天局、ALMA（欧洲南方天文台/日本国立天文台/美国国家射电天文台）、黄等）* 然而，每一个答案都不可避免地带来更多问题。 黄朔说：“我们已经表明，气体运动和分布与本地星系非常相似，但气体是否以相同方式形成恒星尚不清楚。这里的气体比本地星系的气体密度大得多。恒星形成对气体密度很敏感，所以恒星形成可能发生在本地星系不产生恒星的地方。” 这一发现还意味着我们可能需要重新思考早期星系演化模型。星系成长的一种方式是与其他星系合并。稳定星系棒的存在表明，J0107a在相当长的一段时间内未受干扰。 因此，研究人员认为，这个星系是由横跨星系间空间的宇宙网提供的气体迅速直接形成的。 黄朔说：“我们对大爆炸后仅26亿年就存在这样一个与本地星系形状相似的大星系很感兴趣。 “一个可能的答案是，大量来自宇宙网的气体流入形成了一个巨大的盘。宇宙气体流如何到达星系并稳定下来形成一个盘，这是观测天文学中的一个悬而未决的问题。理论预测尚未得到直接观测证实。” 研究人员希望，未来对该星系的观测将有助于解开这些令人困惑的谜题。 这项研究已发表在《自然》杂志上。