ALMA望遠鏡發現了意料之外的“寶寶”星系～_風聞

　　翻譯：阿甘

　　校對：劉思慧

　　編排：徐瑩瑩

　　後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

　　原文鏈接：

　　https://alma-telescope.jp/news/spt0418-202008

　　通過使用ALMA望遠鏡，我們發現在宇宙遙遠的另一端，存在着與銀河系非常相似的星系。這個星系發出的光到達地球需要經過124億年左右，也就是説，我們觀測到的是處於14億歲時期的宇宙（宇宙年齡為138億歲）。根據理論推測，在宇宙初期所有星系內部的氣體都在劇烈的運動着，非常不安定。但是，在這個星系中的氣體運動卻驚人地有秩序，這顛覆了我們對宇宙誕生的認知，也得以讓我們從新的視角去觀察宇宙的過去。

　　ALMA望遠鏡所觀測到的處於124億光年之外的星系SPT0418-47。這個星系與地球之間，由於還存在着其他星系的引力作用，電磁波的傳播路徑被彎曲，所以呈現出環狀。        

　　Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.

　　率領這次研究的是來自馬克斯・普朗克天體物理研究所的研究生F.Rizzo，他説到：“這次的觀測結果，對星系形成的研究有着重要的意義。它表明，與銀河系或者附近的旋渦星系相似的構造，其實早在120億年前就已經存在了。”這個星系被稱為“SPT0418-47”，它似乎沒有旋臂，但具備銀河系典型的兩個特徵——旋轉的星盤與星系中心羣星聚集的核球。這還是第一次發現距離我們如此之遠的有核球的星系，SPT0418-47成了觀測史上離我們最遠的與銀河系類似的星系。共同參與研究的荷蘭格羅寧根大學卡普坦天文研究所 F. Fraternali説：“這與至今為止的理論或觀測結果所期待的事實完全相反，我十分驚訝於這個星系與我們的銀河系如此的相似。” （我們原本認為宇宙初期的星系都還在成長，氣體的運動是無秩序的，與我們銀河系一樣成熟的星系構造還尚未出現。）  

　　以ALMA望遠鏡觀測到的圖像為底，將引力透鏡現象除去並修正後，所得到的SPT0418-47星系真實樣貌的圖像。

　　Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.

　　SPT0418-47中氣體運動的圖像（左邊是觀測得到的圖像，右邊是以觀測圖為底，將引力透鏡現象除去並修正後得到的星系中氣體運動的真實狀態圖）。離我們遠去的氣體呈現出紅色，靠近我們的氣體呈現出藍色。從右側的圖像來看，我們可以知道SPT0418-47是十分漂亮的圓盤星系且非常協調地轉動着。

　　Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.

　　研究如SPT0418-47這樣遙遠的星系，對於我們理解“星系是如何誕生的？又是如何進化的？”這些問題是十分重要的。這些星系發出的光到達地球需經過約124億年，所以我們所觀測到的是處於14億歲時期的宇宙。這位於宇宙總年齡（138億歲）的前10%，也正是剛出生的星系成長的時期。

　　這些星系距離我們實在太遙遠了，即使用地球上最強有力的望遠鏡也難以詳細地描繪出它們模樣。面對這樣的難題，研究團隊決定巧妙地使用“天然望遠鏡”。在觀測天體與我們之間，有着其他天體的引力導致的時空扭曲，電波的傳播路徑也因此被彎曲，這種現象稱為“引力透鏡”。通過引力透鏡現象，遠方的天體被放大，再加上ALMA望遠鏡的高像素，便能詳細地觀測到星系的樣貌。

　　由於受引力透鏡現象的影響,從地球上看到的SPT0418-47幾乎完全成了環狀結構。研究團隊用最新的電腦建模技術，將受到引力透鏡現象影響的部分進行了嚴謹地修復，才還原出SPT0418-47真實的樣貌，並得以調查星系中氣體的運動。“看到還原後的樣子時，簡直難以置信，有種如同打開了寶箱一樣的心情。”Rizzo這麼説到。共同參與研究的S. Vegetti（馬克思・普朗克天體物理研究所）説：“我們看到的SPT0418-47充滿着謎團。這個星系中，大量的恆星正在誕生，處於非常活躍的狀態。然而它卻以整體十分協調且有秩序的樣子出現，這是我們從未在宇宙初期發現的。這完全是意料之外的結果，它為我們帶來了對於理解星系進化來説十分重要的提示。”另一方面，SPT0418-47有着與現在宇宙中存在的旋渦星系相似的特徵，但是它進化的方向與我們的銀河系卻大不相同，研究人員認為它會朝着橢圓星系的方向進化。      

　　這次的發現表明，“宇宙初期的星系處於混亂的狀態”的推測並不一定正確，同時也將“宇宙初期有秩序的星系是如何形成的呢？”這一大問題留給了我們。在今後的研究中，將繼續調查在宇宙初期是否普遍存在這樣有秩序的“寶寶”星系 ，期待着能打開星系進化研究的新大門。 

　　論文・研究團隊

　　這次的研究成果 F. Rizzo et al. “A dynamically cold disk galaxy in the early Universe”，刊登於2020年8月12號發行的《Nature》上。 

　　參與這次研究的成員如下：

　　F. Rizzo (Max Planck Institute for Astrophysics, Garching, Germany [MPA]), S. Vegetti (MPA), D. Powell (MPA), F. Fraternali (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, the Netherlands), J. P. McKean (Kapteyn Astronomical Institute and ASTRON, Netherlands Institute for Radio Astronomy), H. R. Stacey (MPA, Kapteyn Astronomical Institute and ASTRON, Netherlands Institute for Radio Astronomy) and S. D. M. White (MPA).

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