宇宙元老級大質量星系被發現 挑戰早期星系演化模型_風聞

王濤，2012年6月於南京大學天文係獲得天體物理博士學位。2013年到2016年於法國原子能研究所（CEA）星系宇宙學實驗室作博士後，2017年至今在日本東京大學作博士後。主要研究方向是大質量星系和星系團的形成和演化，是迄今為止已知距離最遠的星系團的發現者。

最近，天文學家利用多台望遠鏡，驚喜地發現了一大批光學上不可見、存在於宇宙早期的大質量星系（質量跟今天的銀河系相當），這是科學家第一次證實在宇宙誕生後的前20億年時間裏有如此數目龐大的大質量星系存在，它們的存在對於解釋今天宇宙中最大的星系如何形成有重要意義。此外，早期宇宙中存在如此數目龐大的大質量星系與當前的星系演化的理論模型以及計算機模擬相悖，對早期宇宙中的星系形成理論提出了新的挑戰。為了更多地瞭解這個神秘的星系，小天採訪了這項成果的第一作者、東京大學博士後王濤，聽聽他怎麼説吧~

新發現的古老星系的藝術構想圖。來源：NAOJ

**Q：**此次發現的大質量星系有什麼特點？

**王濤：**此次發現的大質量星系最主要特點是從紫外、光學到近紅外波段特別暗（optically invisible）,導致他們在之前即使最深的哈勃空間望遠鏡的觀測中也沒有被發現。另外相較於之前發現的宇宙早期的極個別、性質極端的大質量星系，這類新發現的星系數目更多，物理性質更具有代表性。

**Q：**是什麼讓它“隱藏”的這麼完美，難以被人們發現？

**王濤：**主要是因為他們距離遠、受塵埃消光嚴重等原因，導致這類星系在紫外到近紅外波段都極為闇弱，從而使得它們依靠傳統觀測星系的手段極難發現。

**Q：**那麼發現它的ALMA（阿塔卡瑪毫米/亞毫米波陣列望遠鏡）有什麼特別？

**王濤：**ALMA是位於智利北部阿塔卡馬沙漠的、由66座天線組成的干涉陣。它的主要特點是提供了前所未有的、在亞毫米波段和毫米波段觀測（探測星系中的塵埃輻射的主要手段）的靈敏度和空間分辨率，使得我們能夠利用相對較短的時間精確捕捉到100多億年前形成的星系中的塵埃輻射。

ALMA能看到的古老星系（右），而哈勃太空望遠鏡卻無法看到（左）。來源：Wang et al.

**Q：****目前推斷的宇宙早期星系演化模型是什麼樣？**這次的發現有哪些與之相悖？

**王濤：**目前的宇宙早期的星系演化模型（以及計算機數值模擬）中，早期宇宙的星系形成以小質量、塵埃含量少的星系為主，而大質量星系的形成較為困難，數目較少。這次發現的大量數目（空間密度高）的大質量、富塵埃星系超過當前主流星系演化模型的預期。這一發現顯示我們的宇宙在其誕生早期形成大質量星系的效率要比我們預期的高得多。

**Q：**這些大質量星系存在已有118億年，發現它們可以幫助我們解決什麼問題？

**王濤：**就像引力波的發現為我們認識宇宙提供了新的手段一樣，這類星系的發現為我們在光學波段之外發現和認識新的星系提供了最好的例子。科學上講，這類星系的發現首先幫助我們補全了宇宙中最大的星系形成歷史中缺失的一部分。之前發現的宇宙早期的大質量星系其數目不足以匹配今天的（以及宇宙中等年齡時）最大質量星系的數目，而這次發現的大批星系補上了這一漏洞。但是當前的星系演化理論模型，並不預期在宇宙早期就形成如此數目眾多的大質量星系，因此這一發現同時又為我們理解早期宇宙的星系形成提出了新的挑戰，可謂一波未平一波又起。