在浩瀚無(wú)垠的宇宙中，星系如同夜空中的明珠，閃爍著神秘而迷人的光芒。長(zhǎng)久以來(lái)，天文學(xué)家們一直在探索星系內(nèi)部的奧秘，尤其是星系中心核球的形成機(jī)制，這一直是天文學(xué)界的一大未解難題。
近日，中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)的談清華副研究員領(lǐng)導(dǎo)的一支國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，在《自然》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)重大研究成果。他們首次發(fā)現(xiàn)了早期宇宙中遙遠(yuǎn)星暴星系中心原位核球形成的直接證據(jù)，這一發(fā)現(xiàn)為理解星系的形成和演化過(guò)程開(kāi)辟了新的道路。
哈勃序列圖展示了星系的分類方式，從橢圓星系到透鏡狀星系，再到旋渦星系的“音叉”結(jié)構(gòu)。這些分類為我們研究星系的結(jié)構(gòu)和形態(tài)提供了重要的基礎(chǔ)。而核球作為星系中心的重要結(jié)構(gòu)，其大小與星系的整體形態(tài)密切相關(guān)。
在宇宙中，橢圓星系和星系核球結(jié)構(gòu)的形成一直是一個(gè)備受關(guān)注的問(wèn)題。盡管理論研究提出了一些假說(shuō)，但觀測(cè)驗(yàn)證這些理論卻異常困難。然而，隨著哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射，人類對(duì)宇宙的認(rèn)知取得了革命性突破。研究表明，在宇宙歷史的一個(gè)特別活躍時(shí)期——宇宙正午，星系中的恒星質(zhì)量密度迅速演變，大量恒星在這一時(shí)期形成。
星暴星系M82是這一時(shí)期星系的典型代表，其內(nèi)部恒星形成活動(dòng)異?；钴S?？茖W(xué)家們推測(cè)，這些星暴星系很可能與當(dāng)前宇宙中較為年老的橢圓星系之間有著演化關(guān)聯(lián)。然而，由于恒星發(fā)出的紫外線和可見(jiàn)光容易被星際塵埃吸收，研究這些星暴星系變得異常困難。
為了突破這一難題，天文學(xué)家們將目光轉(zhuǎn)向了穿透力更強(qiáng)的亞毫米波段。詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠(yuǎn)鏡（JCMT）的測(cè)輻射熱計(jì)陣列（SCUBA）在850微米的亞毫米波段拍攝到了宇宙深場(chǎng)的第一張圖像，這一波段為我們打開(kāi)了探索遙遠(yuǎn)宇宙的新窗口。而北部擴(kuò)展毫米波陣列（IRAM/NOEMA）和阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）更是成為了探測(cè)早期宇宙星系中冷氣體和塵埃星際物質(zhì)微弱信號(hào)的重要工具。
研究團(tuán)隊(duì)利用ALMA檔案數(shù)據(jù)項(xiàng)目提供的宇宙深場(chǎng)遙遠(yuǎn)星系大樣本資料，在亞毫米波段篩選高信噪比的數(shù)據(jù)，詳細(xì)且精確地測(cè)量了一批處于宇宙正午時(shí)期、亞毫米波輻射明亮的、大質(zhì)量星暴星系的形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)。他們發(fā)現(xiàn)，這些星系的塵埃輻射高度集中在一個(gè)非常小的核心區(qū)域，這表明這些星系的核心區(qū)域很可能已經(jīng)形成了類似核球的結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步的研究表明，這些星系的幾何形狀呈現(xiàn)出三軸橢球形的特征，而不是傳統(tǒng)認(rèn)為的扁平盤(pán)狀結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)為早期宇宙中星暴星系中心核球結(jié)構(gòu)的形成提供了確鑿的證據(jù)。研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)先進(jìn)的宇宙學(xué)流體力學(xué)模擬探索了核球結(jié)構(gòu)形成的起源，模擬結(jié)果顯示，冷氣體吸積流入星系以及星系相互作用觸發(fā)的劇烈恒星形成活動(dòng)，是導(dǎo)致這些星系核球結(jié)構(gòu)形成的主要原因。
這項(xiàng)研究不僅揭示了早期宇宙中星系核球結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制，還為探究星系核球是如何形成及其隨時(shí)間的演化提供了至關(guān)重要的觀測(cè)證據(jù)。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)星系形成和演化理論的研究將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，為人類探索宇宙的前世今生提供了新的啟示。
