ALMA望远镜发现了意料之外的“宝宝”星系～

来源：牧夫天文

原文链接：

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

通过使用ALMA望远镜，我们发现在宇宙遥远的另一端，存在着与银河系非常相似的星系。这个星系发出的光到达地球需要经过124亿年左右，也就是说，我们观测到的是处于14亿岁时期的宇宙（宇宙年龄为138亿岁）。根据理论推测，在宇宙初期所有星系内部的气体都在剧烈的运动着，非常不安定。但是，在这个星系中的气体运动却惊人地有秩序，这颠覆了我们对宇宙诞生的认知，也得以让我们从新的视角去观察宇宙的过去。

ALMA望远镜所观测到的处于124亿光年之外的星系SPT0418-47。这个星系与地球之间，由于还存在着其他星系的引力作用，电磁波的传播路径被弯曲，所以呈现出环状。        

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

率领这次研究的是来自马克斯・普朗克天体物理研究所的研究生F.Rizzo，他说到：“这次的观测结果，对星系形成的研究有着重要的意义。它表明，与银河系或者附近的旋涡星系相似的构造，其实早在120亿年前就已经存在了。”这个星系被称为“SPT0418-47”，它似乎没有旋臂，但具备银河系典型的两个特征——旋转的星盘与星系中心群星聚集的核球。这还是第一次发现距离我们如此之远的有核球的星系，SPT0418-47成了观测史上离我们最远的与银河系类似的星系。共同参与研究的荷兰格罗宁根大学卡普坦天文研究所 F. Fraternali说：“这与至今为止的理论或观测结果所期待的事实完全相反，我十分惊讶于这个星系与我们的银河系如此的相似。” （我们原本认为宇宙初期的星系都还在成长，气体的运动是无秩序的，与我们银河系一样成熟的星系构造还尚未出现。）  

以ALMA望远镜观测到的图像为底，将引力透镜现象除去并修正后，所得到的SPT0418-47星系真实样貌的图像。

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

SPT0418-47中气体运动的图像（左边是观测得到的图像，右边是以观测图为底，将引力透镜现象除去并修正后得到的星系中气体运动的真实状态图）。离我们远去的气体呈现出红色，靠近我们的气体呈现出蓝色。从右侧的图像来看，我们可以知道SPT0418-47是十分漂亮的圆盘星系且非常协调地转动着。

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

研究如SPT0418-47这样遥远的星系，对于我们理解“星系是如何诞生的？又是如何进化的？”这些问题是十分重要的。这些星系发出的光到达地球需经过约124亿年，所以我们所观测到的是处于14亿岁时期的宇宙。这位于宇宙总年龄（138亿岁）的前10%，也正是刚出生的星系成长的时期。

这些星系距离我们实在太遥远了，即使用地球上最强有力的望远镜也难以详细地描绘出它们模样。面对这样的难题，研究团队决定巧妙地使用“天然望远镜”。在观测天体与我们之间，有着其他天体的引力导致的时空扭曲，电波的传播路径也因此被弯曲，这种现象称为“引力透镜”。通过引力透镜现象，远方的天体被放大，再加上ALMA望远镜的高像素，便能详细地观测到星系的样貌。

由于受引力透镜现象的影响,从地球上看到的SPT0418-47几乎完全成了环状结构。研究团队用最新的电脑建模技术，将受到引力透镜现象影响的部分进行了严谨地修复，才还原出SPT0418-47真实的样貌，并得以调查星系中气体的运动。“看到还原后的样子时，简直难以置信，有种如同打开了宝箱一样的心情。”Rizzo这么说到。共同参与研究的S. Vegetti（马克斯・普朗克天体物理研究所）说：“我们看到的SPT0418-47充满着谜团。这个星系中，大量的恒星正在诞生，处于非常活跃的状态。然而它却以整体十分协调且有秩序的样子出现，这是我们从未在宇宙初期发现的。这完全是意料之外的结果，它为我们带来了对于理解星系进化来说十分重要的提示。”另一方面，SPT0418-47有着与现在宇宙中存在的旋涡星系相似的特征，但是它进化的方向与我们的银河系却大不相同，研究人员认为它会朝着椭圆星系的方向进化。      

这次的发现表明，“宇宙初期的星系处于混乱的状态”的推测并不一定正确，同时也将“宇宙初期有秩序的星系是如何形成的呢？”这一大问题留给了我们。在今后的研究中，将继续调查在宇宙初期是否普遍存在这样有秩序的“宝宝”星系 ，期待着能打开星系进化研究的新大门。 

论文・研究团队

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

参与这次研究的成员如下：

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).