来自日本、墨西哥和马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的天文学家组成的国际天文学家小组于2018年8月29日报告说：他们的仪器分辨率比以往任何时候都要高10倍，揭示了以前完全未知的星系结构细节。还能够分析以前无法研究的动态特性。研究人员说，所谓的“怪物星系”或极端的星爆星系被认为是像今天宇宙中的银河系这样的大星系的祖先，所以这些关于被称为cosmos - aztec1的星系的发现为理解它们的形成和进化铺平了道路。
巨型星系cosmos-aztec1的印象概念图，这个星系距离地球124亿光年，形成恒星的速度是银河系的1000倍。阿尔玛的观测结果显示，在盘状星云中有稠密的气体浓度，在这些浓度中有密集的恒星形成。图片：National Astronomical Observatory of Japan
博科园-科学科普：研究报告的撰写者之一、UMass Amherst天文学教授Min Yun补充说：令人惊讶的是这个在130亿年前被观测到的星系拥有一个巨大有序的气体圆盘，它的自转规律与我们的预期完全不同，它可能是某种混乱的残骸，这是大多数理论研究所预测的。也就是说，他们确实观察到这个气体盘现在是动态不稳定的，这意味着组成这个星系的整个气体盘正在分裂，正在经历一场巨大的恒星爆发，这有助于解释它巨大的恒星形成速率，是银河系的1000倍以上。
这些关于cosmos - aztec1号的最新观测发现是由阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)实现的，该望远镜和设施由智利的一个国际合作组织运营。本星期这篇论文的第一作者，日本科学促进会和日本国家天文台的博士后研究员说：ALMA观测的最佳部分之一就是以前所未有的分辨率看到如此遥远的星系。天文学家一直想知道为什么巨型星系能以如此惊人的速度形成恒星。为了开始理解，需要描述恒星托儿所周围的环境，绘制分子云详细地图是重要的一步。
ALMA揭示了分子气体(左)和尘埃颗粒(右)的分布，除了中心密集的云，研究小组还发现了离中心几千光年远的两团密集的云，这些密集的云是动态不稳定的，被认为是密集恒星形成的地点。图片：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tadaki et al.
Tadaki和他的团队发现cosmos - aztec1 -1富含恒星的成分，但要弄清星系中宇宙气体的性质仍然很困难。利用ALMA的高分辨率和高灵敏度观测星系，获得了气体分布和运动的详细地图，从而制作出了迄今为止分辨率最高的遥远巨怪星系分子气体地图。Tadaki解释说:“我们发现在离中心几千光年远的地方有两个明显的大云层。”在大多数遥远的星爆星系中，恒星都是在中心形成的。
所以发现偏离中心的云是令人惊讶的。这些星系最初是如何聚集了如此大量的气体，然后在眨眼之间就把整个气体储备变成了恒星的，这在宇宙学上是一个完全未知的问题，只能推测，现在有了第一个答案。在ALMA得出这个结果之前，没有人知道自然界是如何在大爆炸后10亿年创造出巨大的年轻星系。10年前第一次使用阿兹特克仪器发现它们是一个真正的发现，但它无法解释。根据新的观测结果，研究小组成员现在认为，这个巨大的星系是由“一个极重气体的圆盘”驱动的，这个圆盘以某种方式保持稳定，直到有足够的气体聚集。
我们仍然不知道如此多的气体是如何如此迅速地被收集起来的，以及是什么阻止了这个巨大的气体储备燃烧并变成恒星，而在当地的宇宙中，气体的作用是众所周知的。天文学家发现cosmos - aztec1中的气体云非常不稳定，这是不寻常的。他们指出，在正常情况下，向内重力和向外压力是平衡的。一旦重力克服了压力，气体云就会迅速坍缩，形成恒星。然后恒星和超新星在恒星生命周期结束时爆炸，释放出气体，增加了向外的压力。因此重力和压力达到平衡状态，恒星的形成继续以中等速度进行。这样星系中恒星的形成是自我调节的。
但是在cosmos - aztec1中，压力远远小于重力，难以平衡。因此，这个星系显示出失控的恒星形成，并演变成一个不可阻挡的怪物星系。Tadaki, Yun和他的同事估计在1亿年后，cosmos - aztec1中的气体将被完全消耗掉，这比其他恒星形成星系的速度快10倍。为什么cosmos - aztec1中的气体如此不稳定尚不清楚，但一种被称为“星系合并”的现象可能是原因之一。星系碰撞可能有效地将气体输送到一个小区域，并点燃了密集的恒星形成。目前还没有证据表明这个星系合并了。但通过与ALMA观测其他类似星系，揭示星系合并和怪物星系之间的关系。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《Nature》｜研究/来自：马萨诸塞大学阿默斯特分校，DOI: 10.1038/s41586-018-0443-1
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