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翻譯：甘林

校對：梁晨

審核：牧夫天文校對組

美編：張一帆

后臺：李子琦

https://www.nao.ac.jp/news/science/2025/20250522-alma.html

■J0107a星系。左圖是由詹姆斯?韋布太空望遠鏡（JWST）拍攝的近紅外圖像。畫面下方的兩個天體是位于較近距離的星體。（圖片來源：NASA）

右圖是由ALMA望遠鏡觀測到的氣體分布圖。棒狀結構呈順時針方向旋轉，大量氣體正從旋轉前方的邊緣向中心塌落。（圖片來源：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO），Huang 等）

ALMA望遠鏡詳細地捕捉到了具有“棒旋”結構的怪物級星系中，棒狀結構內氣體的分布與運動情況。研究結果顯示，這個存在于宇宙早期的星系，雖然外形上與當前宇宙中的棒旋星系非常相似，但其內部卻有劇烈的氣體運動，伴隨著猛烈的恒星形成活動。這項發現為我們理解銀河的成長與演化歷程，提供了新的重要見解。

宇宙誕生后僅幾十億年的早期宇宙中，曾存在著大量“怪物星系”，它們以比現今宇宙中的星系快數百倍的速度進行恒星形成。這種劇烈的恒星誕生活動會產生大量塵埃，而這些塵埃會吸收可見光，因此，主要是通過不易受到塵埃影響的毫米波和亞毫米波觀測手段探測這類星系。

人們曾認為，怪物星系最終會演化成長為巨大的橢圓星系。然而，近年來的研究發現，利用不易受到塵埃影響的紅外線觀測，也能夠清晰捕捉到這些星系的形態，并且還進一步發現許多怪物星系擁有圓盤結構。特別是，通過具有高分辨率的詹姆斯?韋布太空望遠鏡的觀測，人們陸續識別出一些怪物銀河呈現出螺旋星系的形態。然而，由于韋布太空望遠鏡難以詳細觀測星系內部氣體的運動，因此尚未能夠徹底揭示這些星系中劇烈恒星形成活動的具體機制。

為了深入研究擁有圓盤結構的怪物星系中的恒星形成機制，由日本國立天文臺等機構的研究人員組成的研究團隊，將目光聚焦在一顆名為“J0107a”的星系上。這是一顆由韋布太空望遠鏡觀測到的巨大棒旋結構星系。

為了探明該星系內部氣體的運動，研究團隊使用ALMA望遠鏡觀測了星際分子所發出的無線電波。結果發現，盡管J0107a與現代宇宙中存在的棒旋星系在棒狀結構中的氣體分布與運動方面極為相似，但在棒狀結構中氣體相對于恒星的比例，以及氣體的速度方面，卻存在明顯差異。

J0107a的棒狀結構中，氣體的比例是當前星系的數倍，氣體以每秒數百公里的速度，在半徑約達兩萬光年的范圍內劇烈流動，其中一部分氣體流向星系中心，引發了猛烈的恒星形成活動。這一現象被認為是我們首次“目擊”到早期宇宙中棒旋結構形成的過程。過去從未觀測到像這樣的結構與過程，甚至在理論與模擬研究中也未曾預測。

本研究的負責人、日本名古屋大學從事研究工作的國立天文臺范博士特別研究員表示：“這次觀測所獲得的關于氣體詳細分布與運動的信息，不僅對于揭示星系的多樣起源非常重要，也為理解星系中普遍存在的棒狀結構的形成與演化提供了關鍵線索。”

星系的形成與演化，一直是在大尺度氣體流動的背景下發生的。本次研究提出了一個新的演化圖景：圓盤狀星系誕生于超越星系尺度的大規模氣體流動之中，隨后星系內部的演化過程促使棒狀結構的出現，而這種星系尺度的劇烈氣體流動又進一步引發了活躍的恒星形成活動。為驗證這一圖景的細節，研究團隊計劃繼續利用ALMA望遠鏡，對超越星系尺度的更大范圍氣體流動進行觀測，從而進一步揭示星系形成與演化的深層機制。

責任編輯：甘林

牧夫新媒體編輯部

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ALMA望遠鏡 觀測重力透鏡現象下的SDP.81星系

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