在宇宙中發(fā)現(xiàn)“沃爾夫盤”旋轉(zhuǎn)盤狀星系，竟誕生于123億年前

在138億年歷史的宇宙中，像我們銀河系一樣的大多數(shù)星系都是逐漸形成，達(dá)到大質(zhì)量的時(shí)間相對較晚。但是，用阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列(ALMA)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)巨大旋轉(zhuǎn)盤狀星系，在宇宙只有現(xiàn)在年齡的10%時(shí)被發(fā)現(xiàn)，這挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的星系形成模型，其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然》期刊上。這個(gè)星系DLA0817G，以已故天文學(xué)家亞瑟·M·沃爾夫名字命名的沃爾夫盤，是迄今觀測到最遠(yuǎn)的旋轉(zhuǎn)盤狀星系。

阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列無與倫比的觀測能力，使天文學(xué)家有可能看到這個(gè)星系以每秒170英里(272公里)的速度旋轉(zhuǎn)，類似于銀河系。海德堡馬克斯·普朗克天文學(xué)研究所的主要作者馬塞爾·尼爾曼說：雖然之前的研究暗示了這些早期旋轉(zhuǎn)富含氣體的盤狀星系存在，但多虧了阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列，現(xiàn)在終于有了明確的證據(jù)表明，它們最早發(fā)生在大爆炸后15億年（即123億年前）。

沃爾夫盤是如何形成的？

沃爾夫盤的發(fā)現(xiàn)為許多星系形成模擬提供了挑戰(zhàn)，這些模擬預(yù)測，在宇宙演化的這一點(diǎn)上，大質(zhì)量星系是通過較小星系和熱氣團(tuán)的多次合并而成長。在宇宙早期發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)星系看起來都像火車殘骸，因?yàn)樗鼈兘?jīng)歷了持續(xù)的、經(jīng)常是‘暴力’的合并。這些熱合并使得很難形成像現(xiàn)在宇宙中觀察到有序、冷的旋轉(zhuǎn)圓盤。在大多數(shù)星系形成的情景中，星系在大爆炸后60億年左右才開始顯示出結(jié)構(gòu)良好的圓盤。

事實(shí)上，天文學(xué)家在宇宙只有現(xiàn)在年齡百分之十的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)盤狀星系，這表明肯定有其他生長過程主導(dǎo)了這一事實(shí)。研究的合著者、加州大學(xué)圣克魯斯分校的J·澤維爾·普羅查斯卡說：我們認(rèn)為沃爾夫盤主要是通過冷氣體的穩(wěn)定積累而成長起來。然而，仍然存在的一個(gè)問題是，如何在保持相對穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)圓盤的同時(shí)，組裝如此大氣團(tuán)的？

恒星形成

研究小組還使用了美國國家科學(xué)基金會(huì)的卡爾·G·詹斯基甚大陣列(VLA)和NASA/ESA哈勃太空望遠(yuǎn)鏡來了解更多關(guān)于沃爾夫盤中恒星形成的信息。在射電波長上，ALMA觀察了星系的運(yùn)動(dòng)和原子氣體和塵埃質(zhì)量，而VLA則測量了分子質(zhì)量的數(shù)量（恒星形成的燃料）。在紫外光下，哈勃觀測到了大質(zhì)量恒星，沃爾夫盤中的恒星形成率至少是銀河系的10倍，它一定是早期宇宙中最多產(chǎn)的盤狀星系之一。

一個(gè)“正常”星系

沃爾夫盤是ALMA首先發(fā)現(xiàn)的，研究團(tuán)隊(duì)在檢查一個(gè)更遠(yuǎn)類星體發(fā)出的光時(shí)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)星系。類星體發(fā)出的光，在穿過星系周圍巨大的氫氣庫時(shí)被吸收了（這就是它是如何揭示自己的）。天文學(xué)家沒有尋找來自極其明亮但更稀有星系的直射光，而是使用這種“吸收”方法在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)了更暗、更“正?！钡男窍怠Ｑ芯坑眠@種方法發(fā)現(xiàn)了沃爾夫圓盤，這一事實(shí)告訴我們，它屬于早期存在的正常星系群。

當(dāng)與ALMA最新觀測令人驚訝地顯示它在旋轉(zhuǎn)時(shí)，天文學(xué)家意識(shí)到早期旋轉(zhuǎn)的盤狀星系，并不像想象的那么罕見，應(yīng)該會(huì)有更多的旋轉(zhuǎn)盤狀星系存在。資助該望遠(yuǎn)鏡的美國國家科學(xué)基金會(huì)天文學(xué)項(xiàng)目主任喬·佩斯(Joe Pesce)說：這次觀測體現(xiàn)了ALMA給射電天文學(xué)帶來的先進(jìn)靈敏度，是如何增強(qiáng)了我們對宇宙的理解，ALMA能讓天文學(xué)家在幾乎每一次觀察中都有新的、意想不到的發(fā)現(xiàn)。

博科園｜研究/來自：國家射電天文臺(tái)

研究發(fā)表期刊《自然》

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