中外研究團隊發現遙遠星暴星系原位核球形成機制

科技日報記者 金鳳

記者5日從中國科學院紫金山天文臺獲悉，該臺聯合法國替代能源與原子能委員會巴黎-薩克雷大學中心、日本東京大學科維理宇宙物理學與數學研究所等基于大樣本亞毫米波觀測數據的合作研究，首次發現早期宇宙星暴星系中心通過強烈的恒星形成活動直接形成原位核球的確鑿證據，這開啟了人們對宇宙星系形成過程的全新理解。該研究成果當日在線發表于國際學術期刊《自然》。

論文的第一作者兼通訊作者、中國科學院紫金山天文臺副研究員談清華介紹，大多數星系的中心都有一個恒星密集區域——核球。此前有理論研究推測，星系核球結構很可能是通過星系的并合形成的，但從觀測上驗證這些理論仍是一大挑戰。

在此次研究中，科研人員在阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波干涉陣列射電望遠鏡獲得的高空間分辨率、高靈敏度數據的基礎上，系統精確地測量了一批亞毫米波輻射非常明亮的早期宇宙大質量星暴星系的塵埃連續譜輻射分布特征。這些星系的紅移可以追溯到“宇宙正午”時代，即距今約80至120億年前。當時，大多星系正在經歷大規模的恒星形成活動。

研究團隊通過統計分析發現，大多數樣本星系的亞毫米波輻射非常緊湊，其亮度分布明顯偏離盤狀星系光強度的典型分布。

“這表明這些星系的核心區域很可能已經形成了類似核球的結構。”談清華說，團隊進一步研究發現，大多數星系呈三軸橢球形，而不是傳統認為的扁平盤狀結構，而且有隨星系內部恒星形成活躍程度的增加而變大的趨勢。這意味著，早期宇宙星暴星系中，極端活躍的恒星形成活動可能導致星系中心區域恒星質量的快速積累，進而促進原位核球結構的形成。

科研團隊采用宇宙流體動力學模擬研究發現，早期宇宙中普遍存在的冷氣體吸積流入和星系相互作用所觸發的劇烈恒星形成活動，很可能是導致這些星系核球結構原地直接形成的主要原因。

談清華表示，該研究為探究早期宇宙星暴星系核球結構的形成及演化提供了重要觀測證據，同時為當前宇宙中巨型橢圓星系的形成機制研究帶來新啟示。