80億光年外，有個恒星孵化場

　　恒星星團(tuán)是在巨分子云中經(jīng)由引力塌縮形成的。分子云是星系中大量冰冷而稠密的氣體。這些分子云在銀河系和鄰近星系中的物理特性早已為人所知。那么，在距離超過 80 億光年之遙的星系中，分子云是否和近鄰星系相同?

　　人們早先認(rèn)為巨分子云可能在所有星系中都具有相似的性質(zhì)，但一項(xiàng)新的研究結(jié)果卻挑戰(zhàn)了這一結(jié)論。一個國際團(tuán)隊(duì)首次在名為宇宙蛇的遙遠(yuǎn)星系中觀察到了巨分子云，并通過分析獲得這些巨分子云相關(guān)的一些物理性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)它們的物理性質(zhì)和近鄰星系的巨分子云大不相同。日前，這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然·天文》雜志。

　　發(fā)現(xiàn)完全不同的巨分子云

　　宇宙蛇星系距離我們超過 80 億光年，誕生時的宇宙年齡只有現(xiàn)在的三分之一，被認(rèn)為是銀河系這類大星系的前身星系。天文學(xué)家以 90 光年的空前分辨率探測到了其中許多單個的巨分子云。

　　“以前我們只能在距離很近的星系中觀測到類似尺度的巨分子云。”中科院國家天文臺星際介質(zhì)及恒星形成團(tuán)組研究員吳京文接受科技日報(bào)記者采訪時表示，“這項(xiàng)研究結(jié)果的重要意義在于，該國際團(tuán)隊(duì)運(yùn)用阿塔卡瑪亞大毫米/亞毫米波射電望遠(yuǎn)鏡陣列(ALMA)和引力透鏡效應(yīng)，首次探測并分辨出了非常遙遠(yuǎn)星系中的巨分子云。”

　　在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)計(jì)算出了宇宙蛇中巨分子云的相關(guān)物理性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，遙遠(yuǎn)星系中巨分子云的質(zhì)量、密度和內(nèi)部湍流比鄰近星系中的高 10 至 100 倍。此外，遙遠(yuǎn)星系產(chǎn)生恒星的數(shù)量更多、效率更高，和距離我們 7500 光年以外的船底星云一樣，宇宙蛇星系中的這些巨分子云可以說是“恒星孵化場”。

　　“盡管遙遠(yuǎn)星系與鄰近星系的巨分子云存在較大差異，這項(xiàng)研究的結(jié)果仍然在我們的理解范圍之內(nèi)。”吳京文表示，實(shí)際上，鄰近的相互作用星系和星爆星系也會產(chǎn)生類似現(xiàn)象。

　　但是這項(xiàng)研究指出這次觀測的目標(biāo)并非是熟知的相互作用星系或星爆星系，而是處于正常恒星形成狀態(tài)的盤星系。這一結(jié)果指出，早期宇宙的正常星系中的巨分子云可能會與我們在近鄰宇宙看到的很不一樣，反而更接近于近鄰星系中的相互作用星系或星爆星系。吳京文解釋道，相互作用星系是指被彼此引力捕捉的星系。通常，星系會在相互作用中造成星系合并，觸發(fā)氣體壓縮和爆發(fā)性的恒星形成，觀測上表現(xiàn)為星爆星系。目前已經(jīng)有理論提出分子云的形成和其中的恒星形成在宇宙中并不是一成不變的，而是會受到所在環(huán)境的強(qiáng)烈影響。這個最新的觀測結(jié)果是對這種理論的重大支持。

　　看清遙遠(yuǎn)“房子”的磚塊

　　這一研究的突破點(diǎn)在于團(tuán)隊(duì)所使用的觀測手段。正如前面提到的，研究團(tuán)隊(duì)使用了引力透鏡效應(yīng)和 ALMA 對宇宙蛇進(jìn)行觀測。

　　引力透鏡被稱為自然望遠(yuǎn)鏡。由于光線在大質(zhì)量天體附近會發(fā)生彎曲，觀察者可以看見在空間上被大質(zhì)量天體所遮擋的光線，就像有一面透鏡放在觀測者和天體之間一樣。“有了這種效果，遙遠(yuǎn)星系的某些部分就會在天空中伸展開來，使得我們能在前所未有的分辨率下對遙遠(yuǎn)星系進(jìn)行研究。”論文第一作者米洛斯拉瓦·德桑格斯說。

　　“而 ALMA 是亞毫米波段望遠(yuǎn)鏡中的巨無霸，可用于觀測非常遙遠(yuǎn)的星系中的分子云、塵埃、一氧化碳等。”吳京文說，研究團(tuán)隊(duì)通過巨大望遠(yuǎn)鏡陣列獲得了相當(dāng)高的觀測能力，因而看得更遠(yuǎn)更深。

　　如果把遙遠(yuǎn)星系比作一個房子，以前只能遠(yuǎn)遠(yuǎn)看到整個房子。運(yùn)用引力透鏡和 ALMA 后，就能分辨出建筑中的磚塊——巨分子云。

　　那么，研究團(tuán)隊(duì)是如何知道這棟距離我們十分遙遠(yuǎn)的房子有哪些性質(zhì)的呢?

　　“關(guān)鍵在于 ALMA 能觀測到星系中的一氧化碳，而一氧化碳是整個星系分子氣體的示蹤物。”吳京文解釋道，在星系中，氫分子和一氧化碳是均勻混合的，經(jīng)驗(yàn)上以一定的比例并存。因此，通過觀測到某個星系中一氧化碳的分布范圍，譜線輪廓和輻射強(qiáng)度，就能估算出該星系所對應(yīng)的一些物理性質(zhì)。

　　不過，關(guān)于這項(xiàng)研究，還有很多未解之謎。

　　“分子云中冰冷而致密的分子云核才是大規(guī)模恒星的真正場所，這些分子云核需要用輻射低得多的致密氣體探針——一些特殊的分子氣體——來探測才行。這些巨分子云中恒星形成效率這么高，很可能是因?yàn)槠渲械闹旅軞怏w含量受到外部環(huán)境影響，變得非常高。但現(xiàn)在的觀測條件還不足以觀測并分辨出遙遠(yuǎn)星系中的致密氣體發(fā)射。”吳京文說，在這樣高的內(nèi)部湍流環(huán)境中恒星如何形成?大質(zhì)量恒星形成如何受到周圍環(huán)境的影響?這些問題的答案需要進(jìn)一步研究才能揭曉。
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