世界最先進的射電望遠鏡陣列觀測到早期宇宙的一對旋渦星系

文：鄭娟娟

（本文首發於筆者網易號「一心的未來世界」，轉載請註明作者和出處，謝謝合作！）

阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波天線陣（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ，簡寫為ALMA）是世界上最強大的射電天文觀測設備，位於智力北部的阿塔卡瑪沙漠中，海拔5000米，當地空氣稀薄而乾燥，非常有利於毫米波和亞毫米波長的操作。這個由66座碟形射電天線構成的天文望遠鏡群，擁有非常高的解析度和靈敏度，特別擅長捕捉深太空信號，它們就像超高級裝備的「千里眼」，可以幫助科學家們解開長期存在的重要的天文奧秘，有助於更好地尋找宇宙的起源。

正是這樣一個神奇的望遠鏡群，幫助天文學家們直接觀測了早期宇宙（大約是當前宇宙年齡的8%）的一對旋渦星系。這對旋渦星系可以說是現代旋渦星系的「祖先」了，它們質量巨大，「塵土飛揚」，鑲嵌在超過其星系盤（disk）之外幾十萬光年的超級星系暈（super halos）中。

起初，天文學家是在研究更遙遠的類星體發出的強烈光線時觀測到這對旋渦星系的。當遙遠類星體的光線穿過居間星系（intervening galaxy，位於類星體和地球之間，與類星體視線方向相近的星系）時，它可以拾取該星系中氣體的獨特光譜特徵，然而，這種技術通常會使天文學家們無法看到居間星系實際輻射出的光，因為背景類星體發出的光比該星系發出的光要強烈得多。可以想像一個大功率探照燈前有一隻螢火蟲，這種情形與天文學家們看到一顆類星體前方的居間星系時所面臨的情況類似。

現在，雖然這對旋渦星系的背景中有著非常明亮的類星體，但由於ALMA獨特的性能，天文學家最終能夠觀察到兩個星系的恆星形成區的電離碳發出的毫米波長的輝光。令人驚訝的是，天文學家通過對比發現，這種由ALMA觀察到的碳特徵區域，與先前通過類星體吸收檢測到的氣體區域，存在相當大的位移。

這種極端的偏離意味著什麼？它說明，兩個星系的氣體量遠遠超出了它們「繁星點點」的星系盤（恆星形成區），天文學家認為，每個星系都處於由氫氣體構成的質量巨大的星系暈中。

研究人員指出，通過類星體光線的吸收所顯示的中性氫氣體，很可能是巨大星系暈的一部分，又或許是星系周圍延伸的氣體盤。加州大學聖克魯茲分校博士後研究員Marcel Neeleman 介紹說，「它（中性氫出現的區域）並不是恆星形成的地方，並且，在遠離恆星形成區的地方看見如此多的氣體，意味著在星系周圍存在著大量的中性氫。」

新的ALMA數據顯示，兩個年輕的星系已經在旋轉，這是我們在今天的宇宙中看到的大型旋渦星系的標誌之一。ALMA的觀察進一步指出，兩個星系都正以較高的速率形成恆星，其中一個星系的恆星形成速率大於100個太陽質量/年，另一個約為25個太陽質量/年。

加州大學聖克魯茲分校天文和天體物理學教授J. Xavier Prochaska介紹說，這兩個星系看起來質量很大，塵埃遍布，屬於快速的恆星形成系統，擁有巨大、延伸的氣體層。

它們被官方定名為ALMA J081740.86+135138.2和ALMAJ120110.26+211756.2，每個星系都距離地球約120億光年之遠。每個背景類星體距離地球約為125億光年。

天文學家Chris Carilli說，ALMA解決了一個存在幾十年的有關星系形成的問題。我們現在知道，至少有一些非常遙遠的星系，擁有比曾經認為的大得多的星系暈，而這些星系暈則可能代表著星系成長的未來的材料。

有關此項觀測的論文已發表於《科學》雜誌，鏈接：

http://science.sciencemag.org/content/355/6331/1285

本文部分編譯自ALMA官網發布的新聞，鏈接：

http://www.almaobservatory.org/en/press-room/press-releases/1148-alma-observes-galaxies-embedded-in-super-halos