科学家揭开早期大质量星系莫名燃料枯竭之谜

在大爆炸后30亿年内形成的大质量星系，理应含有大量的冷氢气，而这是恒星生成所需的原料。 但科学家使用阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列计划（ALMA）和哈伯太空望远镜观察早期宇宙时，发现六个原料耗尽的早期大质量星系。 该研究发表于《Nature》期刊上。

从REsolving QUIEscent Magnified galaxies at high redshift（REQUIEM）中观测这六个被称为「猝灭」星系，即已经停止恒星形成的星系中，发现这与天文学家对早期宇宙的预期不一致。 研究人员表示宇宙中质量最大的星系在极短的时间内创造了它们的恒星，而气体是恒星形成的原料，在宇宙早期阶段应该是十分充足的。 因此研究人员最初认为这些猝灭的星系在大爆炸后的几十亿年里就刹车了，但新的研究中得出的结论是早期的星系实际上并没有踩刹车，而是空载运行。

为了更了解星系是如何形成和消亡，研究团队使用哈伯太空望远镜对它们进行了观察，这揭示了这些星系中恒星的细节，并且使用ALMA同时观测，ALMA可以告诉我们这些星系在毫米波长下的连续辐射，而使研究团队得以推断出星系中的气体含量。

星系若不再产生许多恒星，很快就会变得非常微弱，因此很难或不可能用任何单独的望远镜去观察它们的细节，而REQUIEM利用研究被重力透镜化的星系解决了这个问题，它们的光会在更接近银河系的其他星系周围被扭曲而被拉伸和放大。 透过重力透镜与哈伯太空望远镜及ALMA的分辨力与灵敏度相结合，就如同一个天然的望远镜，使这些垂死的星系看起来比实际上更大更亮，让科学家清楚地看见星系内部的情况。

新的观测发现，六个目标星系中恒星形成的停止，并不是由于冷气体转化为恒星的过程中突然出现的低效率所造成，而是星系中气体耗尽或移除的结果。我们尚不明白为什么会发生这种情况，但可能的解释是，为星系提供燃料的主要气体供应被切断，或者是一个超大质量黑洞正在注入能量，而使星系中的气体保持高温，这表示星系无法重新填充燃料箱，因此无法重新启动恒星生产的引擎。

这是对遥远静止星系的冷尘埃连续体的首次测量，新的研究让科学家能够看到个别死亡星系有多少气体，能够探测这些早期大质量星系中恒星形成的原料。为什么它们在可轻易取得如此多的冷气体情况下，却停止了恒星的形成？ 研究团队现在知道这些星系正在运行，并且某些东西抑制了它们重新装满燃料箱和形成新恒星，这些巨大的宇宙巨兽在大约10亿年内形成了1000亿颗恒星，然后突然停止了它们的恒星形成，这是一个我们想解开的谜，而REQUIEM提供了第一个线索。 （编译/赵瑞青）

MACSJ 0138星系团来自ALMA和哈伯太空望远镜的合成图。 放大的部分显示了一个明亮的橙色/红色点，它描绘了使用ALMA在无线电中观察到的冷尘埃。 这种冷尘埃有助于科学家通过推断了解星团中星系中存在的恒星形成所需的冷氢气量。

图片来源：ALMA （ESO/NAOJ/NRAO）/S。 Dagnello （NRAO）、STScI、K. Whitaker 等。

数据源：SciTechDaily

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