神奇！天文学家发现古老“怪胎”星系 造星速度是银河系的1000倍

回顾130亿年前我们的宇宙，科学家们首先在夏威夷借助詹姆斯克拉克麦克斯韦望远镜(James Clerk Maxwell Telescope)发现了COSMOS-AzTEC-1星系，随后又在墨西哥利用大型毫米波望远镜(Large Millimeter Telescope，LMT)和在智利利用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，ALMA)望远镜进行了观测。他们的发现是惊人的：不仅这个星系以出乎意料的高速率形成了恒星，而且为恒星诞生提供燃料的云团也是不寻常的。以更高的速率形成恒星的星系被称为星爆星系，而COSMOS-AzTEC-1似乎符合这一特征。然而，在星爆星系中，恒星形成主要发生在星系的中心。令人惊讶的是，天文学家在几千光年以外的地方发现了两团巨大的气体云，他们认为恒星的形成应该集中在那里。当他们更仔细地研究时，他们发现COSMOS-AzTEC-1中的气体极不稳定，加速了恒星形成，并将其变成了一个怪胎星系。然而，当科学家试图模拟这个星系时，他们的计算机模拟并不能解释它的所有特征。简单地说，COSMOS-AzTEC-1是不应该存在。

（图片来源：CREDIT: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), TADAKI ET AL）

由日本国家天文台(National Astronomical Observatory)的博士Tadaki带领的国际科学家小组在周三的《自然》杂志上发表了他们的发现，他们通过ALMA观测了该星系，获得了前所未有的角度分辨率。低分辨率阻碍了对早期宇宙中亚毫米光星系的研究，也阻碍了对其物理和动力学性质的理解。研究像COSMOS-AzTEC-1这样的星系是很重要的，因为它们被认为是现今宇宙中巨大星系的古老祖先，而改进后的分辨率揭开了一些意想不到的发现。除了神秘的偏中心云团外，COSMOS-AzTEC-1还存在有规律的运转，有序的气体盘(科学此前预测气体盘是混乱无序的)。这不仅使早期星系演化的常见模型复杂化，而且使未来对相似星系的高分辨率观测成为必要。幸运的是，ALMA观察的结果并没有给科学家们带来更多的难题;它们还回答了许多关于早期宇宙星系性质的长期未解之谜。

在ALMA之前，天文学家就知道单大爆炸10亿年后就有大量年轻的星系存在，但他们无法回答这些星系是如何形成的，也无法回答它们是如何如此迅速地储存大量气体的。这个研究小组发现的线索之一隐藏在COSMOS-AzTEC-1号气体云性质中，而这一特征以前是无法观测到的。在正常星系中，气体云处于平衡状态;将云团向内拉的重力与向外推的气体压力相平衡。在适当的环境条件下，重力最终变得比压力更强，导致云团坍缩，变得极其稠密，并开始形成恒星。这些恒星和它们最终的超新星会增加气体内部的向外压力，稳定气体，并调节恒星形成的速度。在COSMOS-AzTEC-1中，气体云非常不稳定，向外的压力明显弱于重力，不存在上述的任何稳定。然而，COSMOS-AzTEC-1恒星形成速度是我们银河系的1000倍，Tadaki的团队估计它将在1亿年内耗尽气体。

导致COSMOS-AzTEC-1气体不稳定的机制尚不清楚。Tadaki和他的同事假设这可能是由星系碰撞引起的：两个或更多星系之间的碰撞可以促进在整个星系中有效运输气体，并能引发恒星形成的爆发。然而，他们目前的观测并没有发现任何此类事件的迹象，而且碰撞也不能完全解释COSMOS-AzTEC-1是如何在它开始星爆期之前，保持恒星形成的巨大剩余气体。尽管仍有疑问，但Tadaki和他的团队的研究是一个完美的例子，说明了技术的进步将如何找到解决长期存在的科学奥秘的方案，并揭示我们宇宙中隐藏的意想不到的秘密。