怪獸星系展現的兩幅面孔：劇烈恒星形成的不同起源

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主譯：遠山真理

校對：余 路 漢

審核：牧夫天文校對組

美編：蘇奕月

后臺：王啟儒

https://alma-telescope.jp/news/press/multipleorigins-202601.html

近日，一個國際研究團隊利用阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）和詹姆斯·韋布空間望遠鏡（JWST）對早期宇宙中的三個“怪獸星系”進行了高精度觀測，結果發現這些星系呈現出彼此截然不同的形態。詳細分析表明，怪獸星系中異常劇烈的恒星形成并非由單一機制觸發，而是源于多種不同的物理過程。這一發現為理解巨大星系的形成提供了全新的視角，是一項具有重要意義的研究成果。

在距今約100億至120億年前的早期宇宙中，存在著一類被大量塵埃包裹、卻以銀河系約500倍速率形成恒星的星系。這些被稱為“怪獸星系”的天體，被認為是當今宇宙中巨大星系的祖先。

人們普遍認為，怪獸星系在宇宙誕生后僅約20億年內便迅速形成并成長。然而，如此極端而高效的恒星形成究竟是如何被觸發的，長期以來一直是星系形成與演化研究中的未解之謎。

直到最近，學界普遍認為“自發性”的恒星形成是主要原因。但由于怪獸星系距離極為遙遠，傳統觀測的空間分辨率有限，難以揭示其內部結構細節。此外，能夠在相同高分辨率下，同時對多個波段（即不同物理成分）進行比較的觀測也十分稀缺，因此一直無法直接驗證恒星形成的起源。

由日本綜合研究大學院大學 / 國立天文臺的池田遼太與伊王野大介，以及北海學園大學的但木謙一領導的國際研究團隊，利用ALMA和JWST對位于六分儀座方向的三個怪獸星系進行了詳細觀測。結果顯示，即便是同一個的怪獸星系，在不同望遠鏡下呈現出的形態也存在顯著差異。

在本研究中，研究團隊充分發揮了ALMA和JWST世界頂級的超高分辨率，成功以相同分辨率直接比較了三個怪獸星系（AzTEC-1、AzTEC-4、AzTEC-8）中恒星形成區域與恒星分布。ALMA擅長探測被塵埃遮蔽的恒星形成活動，而JWST則能夠避開塵埃影響，精確描繪恒星分布。通過將兩者的觀測分辨率統一到最高可達約0.06角秒的水平，本研究在直接驗證怪獸星系恒星形成起源方面取得了重要突破。

分析結果首次揭示，這三個星系在恒星形成分布和恒星本身的空間分布上均存在顯著差異（圖1、圖2、圖3）。進一步研究發現：

1. 大型星系之間的碰撞（AzTEC-1）

2. 由內部引力不穩定性驅動的自發形成（AzTEC-4）

3. 與小型星系的碰撞（AzTEC-8）

圖1:ALMA和JWST拍攝的三個怪獸星系，從左到右分別展示了ALMA 860 微米 (Band 7)的連續譜,JWST/NIRCam F150W, F277W, F444W（ALMA的數據展示為等高線，JWST的數據展示為背景）, 以及三者合成的RGB圖像。這些圖像的覆蓋范圍為12 千秒差距 × 12 千秒差距。圖源：Ikeda et al. 2026，譯者添加。

圖2:上半：ALMA和JWST的數據合成圖像，ALMA拍攝到的恒星形成區域為藍色，JWST拍攝到的為紅色。下半：這三個星系的概念圖（圖源：日本國立天文臺）

圖3. ALMA和JWST拍攝到的AzTEC-8的概念圖，對比兩者捕捉到的不同成分，怪獸星系呈現出了兩幅面孔。

這三種截然不同的過程，均可能引發怪獸星系中極為活躍的恒星形成（見腳注）。這一成果有力地表明，巨大星系在其成長階段并非由單一機制主導，而是受到多種物理過程的共同影響。

研究團隊負責人池田遼太表示：

“當我第一次看到這些怪獸星系的多波段圖像時，真的被它們多樣化的形態震撼了。能夠充分利用ALMA和JWST這兩臺最前沿的望遠鏡，對長期困擾我們的星系演化之謎提出新的見解，我感到非常高興?！?/p>

腳注

AzTEC-1：
恒星形成活動遍布整個星系，而恒星分布則高度集中于星系中心。這表明，在大型星系相互碰撞的過程中，作為恒星形成原料的氣體一方面向中心流入，另一方面擴散至整個星系，從而在中心區域形成大量恒星。換言之，星系碰撞很可能成為觸發恒星形成的“開關”。

AzTEC-4：
ALMA觀測到具有兩條旋臂的螺旋結構，而JWST所顯示的恒星分布則呈現出平坦的盤狀結構，并未表現出明顯的螺旋臂。這種結構難以用AzTEC-1那樣的大規模星系碰撞來解釋，更可能是由于內部引力不穩定性所引發的“自發性”恒星形成。

AzTEC-8：
ALMA探測到的恒星形成活動緊湊地集中在星系中心附近，而JWST所顯示的恒星分布則擴展至更大范圍，并伴隨著多個巨大的恒星團。這暗示，與相對較小星系的碰撞可能觸發了該星系中的恒星形成。

責任編輯：甘林

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圖片來源：konstructivizm

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