星團是由分子云凝聚而成，分子云是在每個星系中都發(fā)現(xiàn)的大量寒冷致密氣體。這些云在銀河系和附近星系中的物理性質(zhì)早已為人所知。但是它們在距離我們超過80億光年的遙遠星系中都相同嗎？

由日內(nèi)瓦大學(xué)(UNIGE)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際團隊首次能夠探測到銀河系祖先中的分子云，這要歸功于在如此遙遠的星系中實現(xiàn)了前所未有的空間分辨率。這些發(fā)表在《自然天文學(xué)》上的觀測結(jié)果表明，遠距離的云比附近星系中的質(zhì)量更大、密度和內(nèi)部湍流，而且它們產(chǎn)生的恒星要多得多。

天文學(xué)家將這些差異歸因于遙遠星系的周圍星際條件，這些條件太極端，以至于鄰近星系中典型的分子云無法生存。分子云由致密的冷分子氫氣組成，這些氣體以超音速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生密度波動，凝聚并形成恒星。在附近的星系，如銀河系，分子云產(chǎn)生了10+3到10+6顆恒星。然而，在距離我們超過80億光年的遙遠星系中，天文學(xué)家已經(jīng)觀察到了包含100倍以上恒星的巨大星團，為何會有這樣的分別呢？為了回答這個問題，天文學(xué)家能夠利用自然望遠鏡（引力透鏡現(xiàn)象）與ALMA(阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列)相結(jié)合。

ALMA是一種由50個毫米無線電天線組成的干涉儀，可以立即重建星系的整個圖像。UNIGE科學(xué)系天文學(xué)系研究員、該研究的第一作者米羅斯拉瓦·德索格斯(Mirolava Dessauges)解釋道：引力透鏡是一種自然望遠鏡，當一個巨大的物體在觀察者和遠處物體之間對準時，它會產(chǎn)生放大鏡效應(yīng)，有了這種效果，遙遠星系的一些部分在天空中伸展開來，以無與倫比的分辨率進行研究！同時，ALMA可以用來測量一氧化碳的水平，一氧化碳是構(gòu)成冷云的分子氫氣示蹤劑。這一分辨率使我們有可能在80億光年外一個綽號為“宇宙蛇”的遙遠星系中，分別描述分子云的特征。

UNIGE天文學(xué)系教授丹尼爾·舍勒(Daniel Schaerer)說：這是我們第一次能夠確定分子云彼此之間的位置。因此，天文學(xué)家能夠比較近星系和遠星系中分子云的質(zhì)量、大小、密度和內(nèi)部湍流，人們一直認為，所有星系中的云都具有相同屬性，但觀察證明了相反的情況！這些新觀測結(jié)果表明，遙遠星系中的分子云質(zhì)量、密度和湍流度是近處星系的10到100倍。這些數(shù)值只在附近相互作用星系的云層中測量過，這些星系具有類似于遙遠星系的星際介質(zhì)條件。將云的物理性質(zhì)差異與星系環(huán)境聯(lián)系起來，而星系環(huán)境在遙遠的星系中比在較近的星系中更為極端和惡劣。

通常在鄰近星系中發(fā)現(xiàn)的分子云會在遙遠星系的星際介質(zhì)中瞬間坍塌并被摧毀，因此它的密度和湍流增強保證了生存和平衡。宇宙蛇星云中分子云的特征質(zhì)量似乎與對湍流星系盤破碎的預(yù)測完全一致。因此，這一設(shè)想可以作為在遙遠星系中形成大量分子云的機制提出。研究小組還發(fā)現(xiàn)，在宇宙蛇星系中，恒星形成的效率特別高，很可能是由云層中超音速的內(nèi)部湍流引發(fā)。在鄰近星系中，分子云質(zhì)量約占恒星質(zhì)量的5%。而遙遠的星系，這個數(shù)字攀升到30%。天文學(xué)家們現(xiàn)在將研究其他遙遠的星系，以確認對宇宙蛇的觀測結(jié)果。

博科園｜研究/來自：日內(nèi)瓦大學(xué)

參考期刊《自然天文學(xué)》

DOI: 10.1038/s41550-019-0874-0

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