記者從中國科學(xué)院紫金山天文臺獲悉，該天文臺聯(lián)合法國替代能源與原子能委員會巴黎-薩克雷大學(xué)中心、日本東京大學(xué)科維理宇宙物理學(xué)與數(shù)學(xué)研究所等研究機(jī)構(gòu)，首次發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)早期宇宙星暴星系中心通過強(qiáng)烈的恒星形成活動直接形成原位核球的確鑿證據(jù)，開啟了對宇宙星系形成過程的全新理解。該研究成果北京時間12月5日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。

據(jù)了解，當(dāng)前宇宙中的星系依形態(tài)大致分為兩類：有明顯旋臂結(jié)構(gòu)的盤狀旋渦星系和整體呈近圓形或橢圓形且中心亮、邊緣漸暗的橢圓星系。研究顯示，無論形態(tài)如何，大多數(shù)星系的中心都有一個恒星密集區(qū)域——核球，核球與盤的比例決定了星系的整體形態(tài)。核球到底是通過星系的并合形成？還是星系自身演化原位形成？之前的相關(guān)理論研究普遍傾向于前者，但如何從觀測上驗(yàn)證這些理論仍是一大挑戰(zhàn)。

研究人員通過主要基于阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波干涉陣（ALMA）檔案數(shù)據(jù)自動挖掘項目獲得的高空間分辨率、高靈敏度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)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(zhì)量星暴星系的塵埃連續(xù)譜輻射分布特征。

一系列研究結(jié)果表明，早期宇宙星暴星系中極端活躍的恒星形成活動可能導(dǎo)致星系中心區(qū)域恒星質(zhì)量的快速積累，進(jìn)而促進(jìn)原位核球結(jié)構(gòu)的形成。進(jìn)一步采用先進(jìn)的宇宙流體動力學(xué)模擬的結(jié)果顯示，早期宇宙中普遍存在的冷氣體吸積流入和星系相互作用（非星系并合）所觸發(fā)的劇烈恒星形成活動很可能是導(dǎo)致這些星系原位核球結(jié)構(gòu)形成的主要原因，而這一時期也被認(rèn)為是大多數(shù)星系核球結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵時期。

本項研究通過亞毫米波段的獨(dú)特視角，結(jié)合創(chuàng)新的分析技術(shù)，為探究早期宇宙星暴星系核球結(jié)構(gòu)的形成及演化提供了至關(guān)重要的觀測證據(jù)，同時為當(dāng)前宇宙中巨型橢圓星系的形成機(jī)制研究帶來新啟示，有望重新定義星系形成機(jī)制，對星系形成和演化理論的研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

未來，隨著更為先進(jìn)的亞毫米波和毫米波干涉陣設(shè)備和新一代空間望遠(yuǎn)鏡（如中國巡天空間望遠(yuǎn)鏡）的應(yīng)用，科學(xué)家們有望獲得早期宇宙星系形成的更完整圖景，進(jìn)一步深化人類對整個宇宙演化的理解。

早期宇宙星暴星系中原位核球形成過程及其與當(dāng)前宇宙橢圓星系間可能演化關(guān)系的示意圖

左側(cè)是三個樣本星系的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）觀測的三色合成圖像（藍(lán)、綠、紅色分別對應(yīng)1.15微米、2.77微米和4.44微米觀測數(shù)據(jù)）和ALMA觀測的中心區(qū)域亞毫米波輻射分布圖像。圖中還展示了星系三維平均形狀參數(shù)的分類（坐標(biāo)表示星系兩個短軸B和C與長軸A之比）：早期宇宙星暴星系全部樣本（綠色橢圓）、亞毫米波輻射分布緊湊子樣本（橙色橢圓）和延展子樣本（藍(lán)色橢圓），對比近鄰宇宙橢圓星系（紅色橢圓）和旋渦星系（紫色和青色螺旋）。

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