怪兽星系展现的两幅面孔：剧烈恒星形成的不同起源

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主译：遠山真理

校对：余 路 汉

审核：牧夫天文校对组

美编：苏奕月

后台：王启儒

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

近日，一个国际研究团队利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）和詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）对早期宇宙中的三个“怪兽星系”进行了高精度观测，结果发现这些星系呈现出彼此截然不同的形态。详细分析表明，怪兽星系中异常剧烈的恒星形成并非由单一机制触发，而是源于多种不同的物理过程。这一发现为理解巨大星系的形成提供了全新的视角，是一项具有重要意义的研究成果。

在距今约100亿至120亿年前的早期宇宙中，存在着一类被大量尘埃包裹、却以银河系约500倍速率形成恒星的星系。这些被称为“怪兽星系”的天体，被认为是当今宇宙中巨大星系的祖先。

人们普遍认为，怪兽星系在宇宙诞生后仅约20亿年内便迅速形成并成长。然而，如此极端而高效的恒星形成究竟是如何被触发的，长期以来一直是星系形成与演化研究中的未解之谜。

直到最近，学界普遍认为“自发性”的恒星形成是主要原因。但由于怪兽星系距离极为遥远，传统观测的空间分辨率有限，难以揭示其内部结构细节。此外，能够在相同高分辨率下，同时对多个波段（即不同物理成分）进行比较的观测也十分稀缺，因此一直无法直接验证恒星形成的起源。

由日本综合研究大学院大学 / 国立天文台的池田辽太与伊王野大介，以及北海学园大学的但木谦一领导的国际研究团队，利用ALMA和JWST对位于六分仪座方向的三个怪兽星系进行了详细观测。结果显示，即便是同一个的怪兽星系，在不同望远镜下呈现出的形态也存在显著差异。

在本研究中，研究团队充分发挥了ALMA和JWST世界顶级的超高分辨率，成功以相同分辨率直接比较了三个怪兽星系（AzTEC-1、AzTEC-4、AzTEC-8）中恒星形成区域与恒星分布。ALMA擅长探测被尘埃遮蔽的恒星形成活动，而JWST则能够避开尘埃影响，精确描绘恒星分布。通过将两者的观测分辨率统一到最高可达约0.06角秒的水平，本研究在直接验证怪兽星系恒星形成起源方面取得了重要突破。

分析结果首次揭示，这三个星系在恒星形成分布和恒星本身的空间分布上均存在显著差异（图1、图2、图3）。进一步研究发现：

1. 大型星系之间的碰撞（AzTEC-1）

2. 由内部引力不稳定性驱动的自发形成（AzTEC-4）

3. 与小型星系的碰撞（AzTEC-8）

图1:ALMA和JWST拍摄的三个怪兽星系，从左到右分别展示了ALMA 860 微米 (Band 7)的连续谱,JWST/NIRCam F150W, F277W, F444W（ALMA的数据展示为等高线，JWST的数据展示为背景）, 以及三者合成的RGB图像。这些图像的覆盖范围为12 千秒差距 × 12 千秒差距。图源：Ikeda et al. 2026，译者添加。

图2:上半：ALMA和JWST的数据合成图像，ALMA拍摄到的恒星形成区域为蓝色，JWST拍摄到的为红色。下半：这三个星系的概念图（图源：日本国立天文台）

图3. ALMA和JWST拍摄到的AzTEC-8的概念图，对比两者捕捉到的不同成分，怪兽星系呈现出了两幅面孔。

这三种截然不同的过程，均可能引发怪兽星系中极为活跃的恒星形成（见脚注）。这一成果有力地表明，巨大星系在其成长阶段并非由单一机制主导，而是受到多种物理过程的共同影响。

研究团队负责人池田辽太表示：

“当我第一次看到这些怪兽星系的多波段图像时，真的被它们多样化的形态震撼了。能够充分利用ALMA和JWST这两台最前沿的望远镜，对长期困扰我们的星系演化之谜提出新的见解，我感到非常高兴。”

脚注

AzTEC-1：
恒星形成活动遍布整个星系，而恒星分布则高度集中于星系中心。这表明，在大型星系相互碰撞的过程中，作为恒星形成原料的气体一方面向中心流入，另一方面扩散至整个星系，从而在中心区域形成大量恒星。换言之，星系碰撞很可能成为触发恒星形成的“开关”。

AzTEC-4：
ALMA观测到具有两条旋臂的螺旋结构，而JWST所显示的恒星分布则呈现出平坦的盘状结构，并未表现出明显的螺旋臂。这种结构难以用AzTEC-1那样的大规模星系碰撞来解释，更可能是由于内部引力不稳定性所引发的“自发性”恒星形成。

AzTEC-8：
ALMA探测到的恒星形成活动紧凑地集中在星系中心附近，而JWST所显示的恒星分布则扩展至更大范围，并伴随着多个巨大的恒星团。这暗示，与相对较小星系的碰撞可能触发了该星系中的恒星形成。

责任编辑：甘林

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