遥远的“化石”：来自高红移星系的线索

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翻译：杨幸允

校对：牧夫校对组

编排：胡暖暖

后台：朱宸宇

https://aasnova.org/2025/01/08/far-away-fossils-clues-from-a-high-redshift-galaxy/

韦布空间望远镜（JWST）向太空深处望去并拍摄了 20,000 多个星系的照片。其中一些星系的光线来自 120 亿光年之外。图片来源：美国国家航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）、加拿大宇航局（CSA）、苏黎世联邦理工大学的西蒙·莉莉（Simon Lilly）和若雷特·马特（Jorryt Matthee）、名古屋大学的樫野大地（Daichi Kashino）、麻省理工学院的克里斯蒂娜·艾勒斯（Chirstina Eilers）、罗伯·西姆科和罗利·麦肯齐（Ruari Mackenzie）和北卡罗莱纳州立大学的荣蒙·博多洛伊（Rongmon Bordoloi）

为了理解早期星系是如何演化形成我们现在在近域宇宙中看到的天体，一项新的研究探索了一个非常遥远的星系的环境。

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早期宇宙星系

在韦布望远镜投入使用以来的几年里，天文学家们发现了宇宙中最遥远的一些星系。要想在超过 130 亿光年的距离外被观测到，这些星系必须非常亮，因此要有强大的能源——这通常是被称为活动星系核（AGN）的活跃的大质量中央黑洞，或者是导致星光变强的非常强大的恒星形成。

宇宙中最早的星系是天文化石，为理解附近星系和天体至今的演化过程提供了线索。这些高红移星系可能是球状星团的祖先，也可能是正在成长星系的起源——我们尚不清楚这些天体的起源。进一步理解新发现星系的特征可能会揭示近域宇宙中的天体是如何形成的。

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恒星形成还是活动星系核？

GHZ2是最近被韦布望远镜发现的高红移星系之一；它的红移对应宇宙大爆炸后大约 4 亿年。为了补充韦布望远镜的光谱观测，日本国立天文台的豪尔赫·A·萨瓦拉（Jorge A. Zavala）和合作者利用阿塔卡马大毫米/亚毫米波阵（ALMA）对该星系进行了观测。这些观测旨在测量远红外发射线；这些发射线对于确定一个星系（的“星光”）是来自恒星形成还是活动星系核至关重要。他们选择并成功观测到了88微米（1微米=10-6米）的双电离氧发射线——一条已知与星系中恒星形成活动有关的发射线。通过观测数据，他们得出的红移与韦布望远镜确定的红移一致。

阿塔卡马大毫米/亚毫米波阵对双电离氧 88 微米发射线的观测。左图：天空中 GHZ2 的强度映射；中间的黄色部分即为GHZ2星系。右图：阿塔卡马大毫米/亚毫米波阵光谱；其中88微米发射线被用黄色标出。图片来源：萨瓦拉等人（2024）。

利用阿塔卡马大毫米/亚毫米波阵的观测数据和韦布望远镜之前的测量结果，萨瓦拉和他的合作者比较了GHZ2 和其他星系。他们发现，GHZ2 的特征与其他以恒星形成为主的星系相似。而且，这个红移非常高的星系似乎与大型恒星形成区有着同样的特征；这进一步表明 GHZ2 的能源很可能来自剧烈的恒星形成。他们得出结论：虽然不能明确排除一些活动星系核的影响，但GHZ2中占比最大的很可能是贫金属和年轻的星族。

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GHZ2将会如何演化？

如果GHZ2中主要是正在形成的恒星，它将如何演化？虽然与近域宇宙中典型的球状星团相比GHZ2的总质量非常高，但是因为其中剧烈的恒星形成，它可能是一个原球状星团。除了质量很大之外，GHZ2的体积也比其他观测到的原球状星团大一些。鉴于它的大质量和较长的半径，萨瓦拉和他的合作者们认为GHZ2可能是由多个大质量星团组成的；这些星团可能演化成多个球状星团，也可能成为一个不断增长的、质量更大的星系的致密核心。

恒星质量-速度色散关系图，其中包含了不同天体类型的数据：球状星团（浅紫色圆圈）、超致密矮星系（紫色实心圆圈）、矮椭圆星系（向下的三角形）、致密椭圆星系（蓝色实心圆圈），以及椭圆星系和 S0 星系（绿色正方形）。研究中的GHZ2星系为黄色五角星；它与致密椭圆星系和超致密矮星系的特征最为接近。图片来源：萨瓦拉等人（2024）

虽然我们尚不清楚GHZ2的确切演变过程，但是萨瓦拉和他的合作者们的这项研究表明了阿塔卡马大毫米/亚毫米波阵和韦布望远镜作为这对强大仪器的能力：它们能够观测宇宙中最遥远星系的特征。未来这两台仪器进行的观测结果将继续揭示早期宇宙的面貌以及它是如何随时间演变的。

论文原文：http://doi.org/10.3847/2041-8213/ad8f38

责任编辑：郭皓存

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