怪獸星系展現(xiàn)的兩幅面孔：劇烈恒星形成的不同起源

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主譯：遠(yuǎn)山真理

校對(duì)：余 路 漢

審核：牧夫天文校對(duì)組

美編：蘇奕月

后臺(tái)：王啟儒

https://alma-telescope.jp/news/press/multipleorigins-202601.html

近日，一個(gè)國際研究團(tuán)隊(duì)利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）和詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）對(duì)早期宇宙中的三個(gè)“怪獸星系”進(jìn)行了高精度觀測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些星系呈現(xiàn)出彼此截然不同的形態(tài)。詳細(xì)分析表明，怪獸星系中異常劇烈的恒星形成并非由單一機(jī)制觸發(fā)，而是源于多種不同的物理過程。這一發(fā)現(xiàn)為理解巨大星系的形成提供了全新的視角，是一項(xiàng)具有重要意義的研究成果。

在距今約100億至120億年前的早期宇宙中，存在著一類被大量塵埃包裹、卻以銀河系約500倍速率形成恒星的星系。這些被稱為“怪獸星系”的天體，被認(rèn)為是當(dāng)今宇宙中巨大星系的祖先。

人們普遍認(rèn)為，怪獸星系在宇宙誕生后僅約20億年內(nèi)便迅速形成并成長。然而，如此極端而高效的恒星形成究竟是如何被觸發(fā)的，長期以來一直是星系形成與演化研究中的未解之謎。

直到最近，學(xué)界普遍認(rèn)為“自發(fā)性”的恒星形成是主要原因。但由于怪獸星系距離極為遙遠(yuǎn)，傳統(tǒng)觀測的空間分辨率有限，難以揭示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。此外，能夠在相同高分辨率下，同時(shí)對(duì)多個(gè)波段（即不同物理成分）進(jìn)行比較的觀測也十分稀缺，因此一直無法直接驗(yàn)證恒星形成的起源。

由日本綜合研究大學(xué)院大學(xué) / 國立天文臺(tái)的池田遼太與伊王野大介，以及北海學(xué)園大學(xué)的但木謙一領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)，利用ALMA和JWST對(duì)位于六分儀座方向的三個(gè)怪獸星系進(jìn)行了詳細(xì)觀測。結(jié)果顯示，即便是同一個(gè)的怪獸星系，在不同望遠(yuǎn)鏡下呈現(xiàn)出的形態(tài)也存在顯著差異。

在本研究中，研究團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮了ALMA和JWST世界頂級(jí)的超高分辨率，成功以相同分辨率直接比較了三個(gè)怪獸星系（AzTEC-1、AzTEC-4、AzTEC-8）中恒星形成區(qū)域與恒星分布。ALMA擅長探測被塵埃遮蔽的恒星形成活動(dòng)，而JWST則能夠避開塵埃影響，精確描繪恒星分布。通過將兩者的觀測分辨率統(tǒng)一到最高可達(dá)約0.06角秒的水平，本研究在直接驗(yàn)證怪獸星系恒星形成起源方面取得了重要突破。

分析結(jié)果首次揭示，這三個(gè)星系在恒星形成分布和恒星本身的空間分布上均存在顯著差異（圖1、圖2、圖3）。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：

1. 大型星系之間的碰撞（AzTEC-1）

2. 由內(nèi)部引力不穩(wěn)定性驅(qū)動(dòng)的自發(fā)形成（AzTEC-4）

3. 與小型星系的碰撞（AzTEC-8）

圖1:ALMA和JWST拍攝的三個(gè)怪獸星系，從左到右分別展示了ALMA 860 微米 (Band 7)的連續(xù)譜,JWST/NIRCam F150W, F277W, F444W（ALMA的數(shù)據(jù)展示為等高線，JWST的數(shù)據(jù)展示為背景）, 以及三者合成的RGB圖像。這些圖像的覆蓋范圍為12 千秒差距 × 12 千秒差距。圖源：Ikeda et al. 2026，譯者添加。

圖2:上半：ALMA和JWST的數(shù)據(jù)合成圖像，ALMA拍攝到的恒星形成區(qū)域?yàn)樗{(lán)色，JWST拍攝到的為紅色。下半：這三個(gè)星系的概念圖（圖源：日本國立天文臺(tái)）

圖3. ALMA和JWST拍攝到的AzTEC-8的概念圖，對(duì)比兩者捕捉到的不同成分，怪獸星系呈現(xiàn)出了兩幅面孔。

這三種截然不同的過程，均可能引發(fā)怪獸星系中極為活躍的恒星形成（見腳注）。這一成果有力地表明，巨大星系在其成長階段并非由單一機(jī)制主導(dǎo)，而是受到多種物理過程的共同影響。

研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人池田遼太表示：

“當(dāng)我第一次看到這些怪獸星系的多波段圖像時(shí)，真的被它們多樣化的形態(tài)震撼了。能夠充分利用ALMA和JWST這兩臺(tái)最前沿的望遠(yuǎn)鏡，對(duì)長期困擾我們的星系演化之謎提出新的見解，我感到非常高興?！?/p>

腳注

AzTEC-1：
恒星形成活動(dòng)遍布整個(gè)星系，而恒星分布則高度集中于星系中心。這表明，在大型星系相互碰撞的過程中，作為恒星形成原料的氣體一方面向中心流入，另一方面擴(kuò)散至整個(gè)星系，從而在中心區(qū)域形成大量恒星。換言之，星系碰撞很可能成為觸發(fā)恒星形成的“開關(guān)”。

AzTEC-4：
ALMA觀測到具有兩條旋臂的螺旋結(jié)構(gòu)，而JWST所顯示的恒星分布則呈現(xiàn)出平坦的盤狀結(jié)構(gòu)，并未表現(xiàn)出明顯的螺旋臂。這種結(jié)構(gòu)難以用AzTEC-1那樣的大規(guī)模星系碰撞來解釋，更可能是由于內(nèi)部引力不穩(wěn)定性所引發(fā)的“自發(fā)性”恒星形成。

AzTEC-8：
ALMA探測到的恒星形成活動(dòng)緊湊地集中在星系中心附近，而JWST所顯示的恒星分布則擴(kuò)展至更大范圍，并伴隨著多個(gè)巨大的恒星團(tuán)。這暗示，與相對(duì)較小星系的碰撞可能觸發(fā)了該星系中的恒星形成。

責(zé)任編輯：甘林

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圖片來源：konstructivizm

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