天文学家观测到一个巨大的星系在大爆炸后12亿年逐渐组装成型

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作者：Shreejaya Karantha

翻译：杨幸允

校对：牧夫校对组

编排：陶邦惠

后台：朱宸宇

https://phys.org/news/2026-07-astronomers-massive-galaxy-piece-billion.html

天文学家们发现了一个由六个年轻星系组成、规模十分紧凑的星系群。它们出现在宇宙大爆炸后仅12亿年。这一发现或许让我们得以窥探宇宙中一些最大星系的形成过程。概述这一发现的论文已于7月13日提交至arXiv预印本服务器。

✦ 混沌区域

被天文学家广泛接受的含宇宙学常数的冷暗物质（ΛCDM）宇宙学模型认为，星系主要通过等级式并合（hierarchical merging）的方式形成的。这意味着较小的星系在数十亿年的演化过程中不断相互并合，最终逐步成长为更大的星系。在这一理论框架下，早期宇宙中的致密区域是检验这一理论的天然实验室。

这些致密区域被称为原星系团（proto-cluster）和原星系群（proto-group）。它们是由多个年轻星系组成、分布在仅数万光年范围内的致密系统，并且代表了星系演化过程中一个尤为短暂且极端的阶段。要观测到它们需要使用灵敏度足够高、能够探测到极远距离处微弱、低质量星系的望远镜；同时还需要极高的测量精度，才能确认这些星系确实彼此受到引力的束缚。

在一项最新研究中，日本国立天文台（National Astronomical Observatory of Japan）的罗纳尔多·莱什拉姆（Ronaldo Laishram）和研究团队，对一个编号为 SCGG-z5、红移为 z = 4.97 的紧凑原星系群进行了研究。这个星系群由六个星系组成，且都已通过光谱观测得到确认——这意味着，研究人员是依据星系光谱中特征谱线的位置测定的距离，而不是仅依靠颜色和亮度进行推算，因此测量结果更加可靠。

✦ 不稳定的系统

利用韦布望远镜的深空成像和SAPPHIRES巡天的无缝分光（slitless spectroscopy）数据，研究团队发现该星系群中的六个星系集中于一片狭小的天区，其跨度仅为16000秒差距（约52000光年）——大约是银河系直径的一半。

研究团队测量了各个星系的恒星质量后发现，其中三个星系的恒星形成率达到或超过了其所在时期的常规水平，其中一个星系的恒星形成速度明显快于预期。

这六个星系都呈现出受到扰动的不规则形态，这与正在发生的引力相互作用或星系并合过程十分吻合。产星过程分布图还显示出部分星系中的气体可能正不断向中心区域汇聚，为中央区域输送形成恒星的原料。这意味着，一些星系可能正在经历一种由内向外扩展的生长模式。不过，质量最大的那个星系却表现出相反的趋势：它的中心区域恒星形成活动相对平静，而外围区域却更加活跃。

利用 F200W 波段图像进行多组分塞尔西克（Sérsic）光度轮廓拟合，对星系进行形态分解。从左至右依次为：观测图像、最佳拟合模型和归一化残差图。图片来源：罗纳尔多·莱什拉姆等。arXiv (2026). DOI: 10.48550/arXiv.2607.11182

研究人员提出，这些星系之间已经表现出的不同特征说明，“即使整个星系群尚未完全并合，群体环境就已经开始使成员的进化轨迹产生分化了。”

在研究这六个星系之间的速度分布时，研究人员发现这是一个动力学上“活跃”、不稳定的系统，而非平静的系统。这些星系彼此之间的相对运动速度足够快，以至于它们大约在1400万年内就能完成多次近距离掠过。

✦ 合六为一

通过与包含致密星系群的EAGLE宇宙学模拟的对比，研究团队预计SCGG-z5中的六个星系将在红移约为z ~ 3–4时完全并合为一个单一系统，这距离这次观测大约还有4亿年。之后，这颗新并合的星系将持续增长，在红移 为z ~ 1 时，星系的恒星质量将达到 1000 亿个太阳质量，这可能标志着未来星系团中央最明亮星系的早期形成。

研究人员认为，从恒星形成开始到最终并合，整个形成过程历时约8亿年。这意味着我们恰好观测到了 SCGG-z5 演化过程中的一个短暂瞬间——它正逐渐演变为一个规模大得多的天体。

研究团队说，SCGG-z5 为“研究宇宙最初10亿年间星系群形成提供了直接的观测约束”。他们呼吁未来利用韦伯空间望远镜对气体的运动和成分进行光谱观测，并结合阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵（ALMA）对冷气体的观测，以进一步验证潮汐相互作用是否确实是导致星系间差异的关键因素。

责任编辑：郭皓存

牧夫新媒体编辑部

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哈勃拍摄的并合星系Arp 87

图像版权：NASA, ESA, Hubble

图像处理：Harshwardhan Pathak