广袤的宇宙中，星系是最基本也是最壮观的结构之一。尽管人类对星空的探索走过漫漫长路，但迄今为止对星系内部的许多细节仍然知之甚少。其中，星系中心的核球究竟是如何形成的，一直是困扰天文学界的一个未解之谜。

中国科学院紫金山天文台首次发现了遥远的早期宇宙星暴星系中心原位核球形成的确凿证据，为我们理解星系的形成和演化开启了新的篇章，相关研究成果12月5日发表于《自然》杂志。

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宇宙“明珠”起源之谜

无论是椭圆星系还是旋涡星系，大多数星系中心都有一个核球。核球与盘的比例决定了星系的整体形态，核球较大，星系更可能呈现椭球状；盘占主导，星系便显得扁平。

▲银河系的结构

尽管现有理论为核球的起源提供了一些假说，但从观测上验证这些假说仍是一大挑战。

近几十年的观测研究发现，宇宙历史中存在“宇宙正午”这一特别活跃的阶段，期间星系中的恒星质量密度迅速演变，多达一半的恒星质量在此时形成。

推测认为，这一时期，那些富含尘埃的星暴星系中异常活跃的恒星形成活动，很可能与星系中心核球结构的形成有着密切关系。

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亚毫米波段“透视”明珠

由于恒星发出的紫外线和可见光容易被星际尘埃吸收，导致这些星暴星系研究难以开展。因此，天文学家把目光转向穿透力更强的亚毫米波段。

通过在亚毫米波段筛选高信噪比的数据，研究人员详细且精确地测量了一批处于宇宙正午时期且亚毫米波辐射明亮的大质量星暴星系的形态结构参数。

研究发现，样本中的大多数星系亚毫米波辐射强度分布明显不同于盘状星系光辐射强度的典型分布，其尘埃辐射高度集中在一个非常小的核心区域。

三轴模型对它们轴比分布的分析显示，这些星系大多呈现出三轴椭球形的几何特征，而非传统认为的扁平盘状结构。

这些结果表明，在宇宙早期的星暴星系中，极端活跃的恒星形成活动可能导致星系中心区域大量恒星质量的快速积累，进而促进核球结构的形成。

宇宙学流体力学模拟结果显示，冷气体吸积流入星系以及星系相互作用触发的剧烈恒星形成活动，很可能是导致这些星系核球结构形成的主要原因。这一过程在早期宇宙中非常普遍，有望重新定义星系形成机制。

▲早期宇宙星暴星系中原位核球形成过程及其与当前宇宙椭圆星系间可能演化关系的示意图。（图/Q. Tan）

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探索宇宙的前世今生

研究首次揭示了在早期宇宙中，星系核球结构可以通过高亮度星暴星系核区的强烈恒星形成活动直接形成。

这一发现为探究星系核球是如何形成及其随时间的演化提供了至关重要的观测证据，对星系形成和演化理论的研究将产生深远影响。

随着技术的发展，天文学家将继续借助包括中国巡天空间望远镜在内的更先进设备进一步研究早期宇宙星系的结构和演化过程。这些探索不仅推动解答星系核球形成的奥秘，还将为人类理解宇宙演化历程提供新的启示。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08201-6

来源：中国科学院紫金山天文台

责任编辑：曹旸