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宇宙早期，大質量星系是如何形成演化的？氣體如何流入星系，流入的氣體如何驅動恒星形成？5月5日，清華大學天文系發布的研究成果為理解星系生態系統及星系演化邁出重要一步。
記者獲悉：清華大學天文系團隊通過全波段數據，直接探測到早期宇宙中星系周圍氣體進入星系的詳細過程，證實了重元素豐度較高的“循環內流”是驅動星系恒星形成的關鍵。相關研究成果于5月5日以長文形式在線發表于《科學》雜志。
圖1： 氣體進入星系細節，揭開大質量星系恒星形成之謎
據介紹，星系吸積星系外氣體形成恒星的詳細過程，一直是天體物理學研究的熱點。清華大學天文系副教授蔡崢團隊利用目前世界上最大的光學望遠鏡“凱克”，對距今110億年的一個巨大的氣體星云進行了觀測，利用成像光譜儀“宇宙網成像器”成功探測到星系周圍氣體的氫元素以及多種重元素輻射，并進一步估計出重元素的大尺度空間分布。“這也意味著在宇宙早期，星系周圍氣體已經富含重元素。”蔡崢說。
蔡崢介紹，通過進一步的光譜和數值模擬分析發現，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星系核噴射到星系周圍，通過復合輻射、禁戒躍遷輻射等過程冷卻下來，在引力和環境角動量共同作用下，重新回流入星系，形成“循環冷氣體流”。對觀測到的氣體動力學建模進一步表明，循環氣體流是朝星系流入的，可以促進和維持恒星形成活動。
據介紹，本次發現對星系如何與大尺度環境進行物質交換提供了清晰的圖景，表明“循環氣體流”是驅動早期宇宙大質量星系形成的重要機制。該發現為理解星系生態系統、星系形成和演化邁出了關鍵的一步。
圖2： 氣體的內流與循環內流和星系形成緊密相關
“未來，結合更大口徑、更大視場的光譜巡天望遠鏡，將有望揭示星系中恒星形成的全貌。”據悉，清華大學正籌備在青海冷湖賽什騰山建設一架口徑6.5米的寬視場（光譜）巡天望遠鏡（MUST）。
本項研究成果得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金委、清華大學等單位的支持。合作單位包括日本早稻田大學、德國馬克斯—普朗克研究所、加州大學、浙江大學、普林斯頓大學、猶他大學、廣州大學、北京大學、廈門大學、深圳技術大學、亞利桑那大學、中國科學院國家天文臺、上海天文臺、青海大學等。
