在138億年歷史的宇宙中，像我們銀河系一樣的大多數星系都是逐漸形成，達到大質量的時間相對較晚。但是，用阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列(ALMA)發(fā)現的一個巨大旋轉盤狀星系，在宇宙只有現在年齡的10%時被發(fā)現，

這挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的星系形成模型，其研究發(fā)現發(fā)表在《自然》期刊上。這個星系DLA0817G，以已故天文學家亞瑟·M·沃爾夫名字命名的沃爾夫盤，是迄今觀測到最遠的旋轉盤狀星系。

阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列無與倫比的觀測能力，使天文學家有可能看到這個星系以每秒170英里(272公里)的速度旋轉，類似于銀河系。海德堡馬克斯·普朗克天文學研究所的主要作者馬塞爾·尼爾曼說：雖然之前的研究暗示了這些早期旋轉富含氣體的盤狀星系存在，但多虧了阿塔卡馬大毫米/亞毫米陣列，現在終于有了明確的證據表明，它們最早發(fā)生在大爆炸后15億年（即123億年前）。

沃爾夫盤是如何形成的？

沃爾夫盤的發(fā)現為許多星系形成模擬提供了挑戰(zhàn)，這些模擬預測，在宇宙演化的這一點上，大質量星系是通過較小星系和熱氣團的多次合并而成長。在宇宙早期發(fā)現的大多數星系看起來都像火車殘骸，因為它們經歷了持續(xù)的、經常是‘暴力’的合并。這些熱合并使得很難形成像現在宇宙中觀察到有序、冷的旋轉圓盤。在大多數星系形成的情景中，星系在大爆炸后60億年左右才開始顯示出結構良好的圓盤。

事實上，天文學家在宇宙只有現在年齡百分之十的時候發(fā)現了這樣一個盤狀星系，這表明肯定有其他生長過程主導了這一事實。研究的合著者、加州大學圣克魯斯分校的J·澤維爾·普羅查斯卡說：我們認為沃爾夫盤主要是通過冷氣體的穩(wěn)定積累而成長起來。然而，仍然存在的一個問題是，如何在保持相對穩(wěn)定旋轉圓盤的同時，組裝如此大氣團的？

恒星形成

研究小組還使用了美國國家科學基金會的卡爾·G·詹斯基甚大陣列(VLA)和NASA/ESA哈勃太空望遠鏡來了解更多關于沃爾夫盤中恒星形成的信息。在射電波長上，ALMA觀察了星系的運動和原子氣體和塵埃質量，而VLA則測量了分子質量的數量（恒星形成的燃料）。在紫外光下，哈勃觀測到了大質量恒星，沃爾夫盤中的恒星形成率至少是銀河系的10倍，它一定是早期宇宙中最多產的盤狀星系之一。

一個“正?！毙窍?/h1>

沃爾夫盤是ALMA首先發(fā)現的，研究團隊在檢查一個更遠類星體發(fā)出的光時發(fā)現了這個星系。類星體發(fā)出的光，在穿過星系周圍巨大的氫氣庫時被吸收了（這就是它是如何揭示自己的）。天文學家沒有尋找來自極其明亮但更稀有星系的直射光，而是使用這種“吸收”方法在早期宇宙中發(fā)現了更暗、更“正?！钡男窍?。研究用這種方法發(fā)現了沃爾夫圓盤，這一事實告訴我們，它屬于早期存在的正常星系群。

當與ALMA最新觀測令人驚訝地顯示它在旋轉時，天文學家意識到早期旋轉的盤狀星系，并不像想象的那么罕見，應該會有更多的旋轉盤狀星系存在。資助該望遠鏡的美國國家科學基金會天文學項目主任喬·佩斯(Joe Pesce)說：這次觀測體現了ALMA給射電天文學帶來的先進靈敏度，是如何增強了我們對宇宙的理解，ALMA能讓天文學家在幾乎每一次觀察中都有新的、意想不到的發(fā)現。

博科園｜研究/來自：國家射電天文臺

研究發(fā)表期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-020-2276-y

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