ALMA在早期宇宙中发现大质量旋转盘

在我们138亿年的宇宙中，像我们的银河系一样的大多数星系都是逐渐形成的，达到大质量的时间相对较晚。但是，用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)发现的一个巨大的旋转盘状星系，在宇宙只有现在年龄的10%时被发现，挑战了传统的星系形成模型。这项研究发表在2020年5月20日的“自然”杂志上。星系DLA0817G，以已故天文学家亚瑟·M·沃尔夫的名字昵称为沃尔夫盘，是迄今观测到的最远的旋转盘状星系。ALMA无与伦比的力量使我们有可能看到这个星系以每秒170英里(272公里)的速度旋转，类似于我们的银河系。

德国海德堡马克斯·普朗克天文学研究所的主要作者马塞尔·尼尔曼说，虽然之前的研究暗示了这些早期旋转的富含气体的圆盘的存在，但多亏了ALMA，我们现在有明确的证据表明，它们最早发生在大爆炸后的15亿年前，德国海德堡马克斯·普朗克天文学研究所的主要作者马塞尔·尼尔曼(Marcel Neeleman)说。

沃尔夫圆盘的发现为许多星系形成模拟提供了挑战，这些模拟预测，在宇宙演化的这一点上，大质量星系是通过较小星系和热气团的多次合并而成长的。

尼尔曼解释说，我们在宇宙早期发现的大多数星系看起来都像火车残骸，因为它们经历了始终如一的、经常是猛烈的合并。这些热合并使我们很难形成有序的、冷旋转的圆盘，就像我们在我们现在的宇宙中观察到的那样。

在大多数星系形成的情景中，星系在大爆炸后60亿年左右才开始显示出结构良好的圆盘。事实上，天文学家在宇宙只有现在年龄的百分之十的时候发现了这样一个盘状星系，这表明肯定有其他生长过程主导了这一事实。

这篇论文的合著者、加州大学圣克鲁斯分校的J·泽维尔·普罗查斯卡说，我们认为沃尔夫圆盘主要是通过冷气体的稳定积累而成长起来的。然而，剩下的问题之一是如何在保持相对稳定的旋转圆盘的同时组装如此大的气团。

研究小组还利用国家科学基金会的卡尔·G·詹斯基超大型阵列(VLA)和NASA/ESA哈勃太空望远镜来了解更多关于沃尔夫圆盘中恒星形成的信息。在射电波段，ALMA观察了星系中原子气体和尘埃的运动和质量，而VLA则测量了分子质量--恒星形成的燃料。在紫外光下，哈勃观测到了大质量恒星。普罗查斯卡解释说，沃尔夫盘中的这一比率至少是我们银河系的十倍。它一定是早期宇宙中最多产的盘状星系之一。

沃尔夫圆盘是ALMA于2017年首次发现的。尼尔曼和他的团队在检查一个更远的类星体发出的光时发现了这个星系。类星体发出的光在穿过银河系周围巨大的氢气库时被吸收了--这就是它是如何揭示自己的。天文学家没有寻找来自极其明亮但更稀有的星系的直射光，而是使用这种吸收方法来寻找早期宇宙中更暗、更正常的星系。

尼尔曼说，我们用这种方法发现沃尔夫圆盘的事实告诉我们，它属于早期存在的正常星系群。当我们与ALMA的最新观测令人惊讶地显示它在旋转时，我们意识到早期旋转的星系并不像我们想象的那么罕见，而且应该有更多的旋转星系。

美国国家科学基金会的天文学项目主任乔·佩斯(Joe Pesce)说，这一观测集中体现了ALMA给射电天文学带来的高级灵敏度是如何增强了我们对天文学的理解。国家科学基金会是该望远镜的资金来源，该基金会负责天文学项目的主任乔·佩斯(Joe Pesce)说。ALMA允许我们在几乎每一次观测中都有新的、意想不到的发现。更多信息：宇宙大爆炸15亿年后，一个寒冷、巨大、旋转的盘状星系，自然界(2020)。网址：10.1038/s41586-0202276-y，网址：www.nature.com/products/s41586-0202276-y