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宇宙早期，大質(zhì)量星系是如何形成演化的？氣體如何流入星系，流入的氣體如何驅(qū)動(dòng)恒星形成？5月5日，清華大學(xué)天文系發(fā)布的研究成果為理解星系生態(tài)系統(tǒng)及星系演化邁出重要一步。

記者獲悉：清華大學(xué)天文系團(tuán)隊(duì)通過(guò)全波段數(shù)據(jù)，直接探測(cè)到早期宇宙中星系周圍氣體進(jìn)入星系的詳細(xì)過(guò)程，證實(shí)了重元素豐度較高的“循環(huán)內(nèi)流”是驅(qū)動(dòng)星系恒星形成的關(guān)鍵。相關(guān)研究成果于5月5日以長(zhǎng)文形式在線發(fā)表于《科學(xué)》雜志。

圖1： 氣體進(jìn)入星系細(xì)節(jié)，揭開大質(zhì)量星系恒星形成之謎

據(jù)介紹，星系吸積星系外氣體形成恒星的詳細(xì)過(guò)程，一直是天體物理學(xué)研究的熱點(diǎn)。清華大學(xué)天文系副教授蔡崢團(tuán)隊(duì)利用目前世界上最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡“凱克”，對(duì)距今110億年的一個(gè)巨大的氣體星云進(jìn)行了觀測(cè)，利用成像光譜儀“宇宙網(wǎng)成像器”成功探測(cè)到星系周圍氣體的氫元素以及多種重元素輻射，并進(jìn)一步估計(jì)出重元素的大尺度空間分布。“這也意味著在宇宙早期，星系周圍氣體已經(jīng)富含重元素?！辈虓樥f(shuō)。

蔡崢介紹，通過(guò)進(jìn)一步的光譜和數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，這些富含重元素的電離氣體極為可能是早先被星系中心的活動(dòng)星系核噴射到星系周圍，通過(guò)復(fù)合輻射、禁戒躍遷輻射等過(guò)程冷卻下來(lái)，在引力和環(huán)境角動(dòng)量共同作用下，重新回流入星系，形成“循環(huán)冷氣體流”。對(duì)觀測(cè)到的氣體動(dòng)力學(xué)建模進(jìn)一步表明，循環(huán)氣體流是朝星系流入的，可以促進(jìn)和維持恒星形成活動(dòng)。

據(jù)介紹，本次發(fā)現(xiàn)對(duì)星系如何與大尺度環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換提供了清晰的圖景，表明“循環(huán)氣體流”是驅(qū)動(dòng)早期宇宙大質(zhì)量星系形成的重要機(jī)制。該發(fā)現(xiàn)為理解星系生態(tài)系統(tǒng)、星系形成和演化邁出了關(guān)鍵的一步。

圖2： 氣體的內(nèi)流與循環(huán)內(nèi)流和星系形成緊密相關(guān)

“未來(lái)，結(jié)合更大口徑、更大視場(chǎng)的光譜巡天望遠(yuǎn)鏡，將有望揭示星系中恒星形成的全貌?！睋?jù)悉，清華大學(xué)正籌備在青海冷湖賽什騰山建設(shè)一架口徑6.5米的寬視場(chǎng)（光譜）巡天望遠(yuǎn)鏡（MUST）。

本項(xiàng)研究成果得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、清華大學(xué)等單位的支持。合作單位包括日本早稻田大學(xué)、德國(guó)馬克斯—普朗克研究所、加州大學(xué)、浙江大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、猶他大學(xué)、廣州大學(xué)、北京大學(xué)、廈門大學(xué)、深圳技術(shù)大學(xué)、亞利桑那大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、上海天文臺(tái)、青海大學(xué)等。