杜倫大學(xué)：發(fā)現(xiàn)已知最遙遠(yuǎn)星系核盤(pán)，星系演化時(shí)間線(xiàn)或改寫(xiě)

當(dāng)詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡把鏡頭對(duì)準(zhǔn)一個(gè)編號(hào)為CEERS-4031的遙遠(yuǎn)星系時(shí)，它所捕捉到的光線(xiàn)已經(jīng)在宇宙中穿行了90多億年。那是宇宙大爆炸后約45億年的早期階段。然而天文學(xué)家在這個(gè)年輕星系的核心區(qū)域，意外發(fā)現(xiàn)了一個(gè)高度成熟的致密旋轉(zhuǎn)盤(pán)狀結(jié)構(gòu)——核盤(pán)。本周三，英國(guó)杜倫大學(xué)團(tuán)隊(duì)在《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》上報(bào)告了這一發(fā)現(xiàn)，直接證據(jù)顯示，星系內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的形成時(shí)間可能比此前認(rèn)識(shí)提前了數(shù)十億年。

天文學(xué)界此前普遍認(rèn)為，核盤(pán)這種位于星系中心、由恒星組成的高密度旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，主要出現(xiàn)在距離地球較近、演化時(shí)間更長(zhǎng)的成熟星系中。即便有理論推測(cè)恒星棒狀結(jié)構(gòu)可能在宇宙早期就已形成，但它能否在那么早的階段進(jìn)一步推動(dòng)星系內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整，一直缺少實(shí)證。杜倫大學(xué)研究人員Zoe A. Le Conte領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)從JWST公開(kāi)數(shù)據(jù)中篩選遙遠(yuǎn)星系樣本后發(fā)現(xiàn)，CEERS-4031在紅移約1.5的時(shí)期已經(jīng)擁有清晰的核盤(pán)結(jié)構(gòu)，且該盤(pán)內(nèi)正在持續(xù)形成大量年輕恒星。這是迄今發(fā)現(xiàn)的最早期棒狀結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)形成恒星核盤(pán)的直接證據(jù)之一。

研究指出，這一核盤(pán)的形成與星系中一條長(zhǎng)約5.33千秒差距的恒星棒狀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。恒星棒在螺旋星系中較為常見(jiàn)，能夠重新分配角動(dòng)量，像一支巨槳那樣將氣體和恒星推向中心區(qū)域，為中心恒星誕生和結(jié)構(gòu)演化提供原料。觀測(cè)顯示，CEERS-4031的中心核盤(pán)半徑約為1千秒差距，規(guī)模與部分鄰近宇宙中的核盤(pán)接近，而盤(pán)內(nèi)新恒星聚集的狀態(tài)正好符合棒狀結(jié)構(gòu)推送物質(zhì)的演化模型。Le Conte表示，這項(xiàng)成果將促使天文學(xué)家重新審視星系演化過(guò)程，以及恒星棒在早期宇宙中扮演的角色。

這一發(fā)現(xiàn)之所以成為可能，依賴(lài)的是JWST強(qiáng)大的紅外觀測(cè)能力。相比上一代望遠(yuǎn)鏡，JWST的靈敏度和空間分辨率大幅提升，使得研究人員能首次拆解出數(shù)十億光年外星系的內(nèi)部細(xì)節(jié)。自2022年啟動(dòng)科學(xué)任務(wù)以來(lái)，該望遠(yuǎn)鏡已持續(xù)幫助科學(xué)家回窺早期宇宙中的星系組裝、恒星誕生和黑洞增長(zhǎng)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。此次看到的早期核盤(pán)，也為理解超大質(zhì)量黑洞的早期成長(zhǎng)提供了新視角——核盤(pán)被認(rèn)為能夠儲(chǔ)存并輸送氣體，為中心區(qū)域的高活動(dòng)性提供物質(zhì)來(lái)源，研究其形成過(guò)程或許能揭示宇宙高活動(dòng)時(shí)期黑洞的快速增質(zhì)機(jī)制。

不過(guò)，一個(gè)年輕星系長(zhǎng)出如此成熟的內(nèi)核，仍然讓部分研究者保持謹(jǐn)慎。舊有的星系組裝模型傾向于將核盤(pán)視為漸進(jìn)演化的產(chǎn)物，而CEERS-4031的案例表明，在宇宙年齡不到當(dāng)前的三分之一時(shí)，棒狀結(jié)構(gòu)就已具備塑造星系內(nèi)部形態(tài)的能力。如果后續(xù)觀測(cè)確認(rèn)該盤(pán)的氣體和恒星運(yùn)動(dòng)學(xué)特征與近鄰核盤(pán)一致，那么關(guān)于星系結(jié)構(gòu)建立的時(shí)間線(xiàn)就需要整體前移。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步分析該星系內(nèi)部恒星和氣體的速度場(chǎng)，以核實(shí)物質(zhì)輸送效率，并判斷這一核盤(pán)是否具備長(zhǎng)期穩(wěn)定維系的條件。在CEERS-4031身上看到的這一幕，像是一面來(lái)自過(guò)去的鏡子，折射出星系成長(zhǎng)可能遠(yuǎn)比想象中更早熟。