星团是由分子云凝聚而成，分子云是在每个星系中都发现的大量寒冷致密气体。这些云在银河系和附近星系中的物理性质早已为人所知。但是它们在距离我们超过80亿光年的遥远星系中都相同吗？由日内瓦大学(UNIGE)领导的一个国际团队首次能够探测到银河系祖先中的分子云，这要归功于在如此遥远的星系中实现了前所未有的空间分辨率。这些发表在《自然天文学》上的观测结果表明，远距离的云比附近星系中的质量更大、密度和内部湍流，而且它们产生的恒星要多得多。
天文学家将这些差异归因于遥远星系的周围星际条件，这些条件太极端，以至于邻近星系中典型的分子云无法生存。分子云由致密的冷分子氢气组成，这些气体以超音速旋转，产生密度波动，凝聚并形成恒星。在附近的星系，如银河系，分子云产生了10+3到10+6颗恒星。然而，在距离我们超过80亿光年的遥远星系中，天文学家已经观察到了包含100倍以上恒星的巨大星团，为何会有这样的分别呢？
为了回答这个问题，天文学家能够利用自然望远镜（引力透镜现象）与ALMA(阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列)相结合。ALMA是一种由50个毫米无线电天线组成的干涉仪，可以立即重建星系的整个图像。UNIGE科学系天文学系研究员、该研究的第一作者米罗斯拉瓦·德索格斯(Mirolava Dessauges)解释道：
引力透镜是一种自然望远镜，当一个巨大的物体在观察者和远处物体之间对准时，它会产生放大镜效应，有了这种效果，遥远星系的一些部分在天空中伸展开来，以无与伦比的分辨率进行研究！同时，ALMA可以用来测量一氧化碳的水平，一氧化碳是构成冷云的分子氢气示踪剂。这一分辨率使我们有可能在80亿光年外一个绰号为“宇宙蛇”的遥远星系中，分别描述分子云的特征。UNIGE天文学系教授丹尼尔·舍勒(Daniel Schaerer)说：
这是我们第一次能够确定分子云彼此之间的位置。因此，天文学家能够比较近星系和远星系中分子云的质量、大小、密度和内部湍流，人们一直认为，所有星系中的云都具有相同属性，但观察证明了相反的情况！这些新观测结果表明，遥远星系中的分子云质量、密度和湍流度是近处星系的10到100倍。这些数值只在附近相互作用星系的云层中测量过，这些星系具有类似于遥远星系的星际介质条件。将云的物理性质差异与星系环境联系起来，而星系环境在遥远的星系中比在较近的星系中更为极端和恶劣。
通常在邻近星系中发现的分子云会在遥远星系的星际介质中瞬间坍塌并被摧毁，因此它的密度和湍流增强保证了生存和平衡。宇宙蛇星云中分子云的特征质量似乎与对湍流星系盘破碎的预测完全一致。因此，这一设想可以作为在遥远星系中形成大量分子云的机制提出。研究小组还发现，在宇宙蛇星系中，恒星形成的效率特别高，很可能是由云层中超音速的内部湍流引发。在邻近星系中，分子云质量约占恒星质量的5%。而遥远的星系，这个数字攀升到30%。天文学家们现在将研究其他遥远的星系，以确认对宇宙蛇的观测结果。
博科园｜研究/来自：日内瓦大学
参考期刊《自然天文学》
DOI: 10.1038/s41550-019-0874-0
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