想到我們對宇宙還有多少需要了解，這既令人感到謙卑，又令人振奮。我和我的合作者剛剛解決了天文物理學的一個持久謎團：巨大的橢圓星係是如何形成的。
現在，我們第一次有了可靠的觀察證據來提供答案。我們的成果最近發表於自然。
當今宇宙中的星系分為兩大類。有一些螺旋星系，就像我們的銀河系一樣，富含氣體，並在旋轉的圓盤中不斷形成恆星。還有橢圓星系，它們很大，呈球形而不是扁平狀，類似於橄欖球。
後者不會產生新的恆星，但以一百億多年前形成的恆星為主。
長期以來，橢圓星系的形成一直難以用描述宇宙從宇宙演化的宇宙學模型來解釋。到現在。其中一個挑戰是橢圓星系形成時代（100億至120億年前）的恆星形成被認為發生在大型旋轉圓盤內，類似我們自己的銀河系。
那麼星係是如何將其形狀從扁平圓盤轉變為三維橢圓星系的呢？
與阿爾瑪的觀察
透過分析來自阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列 (Alma)，我們確定了巨型橢圓星系的誕生地。
我們發現，局部橢圓星係可以透過宇宙早期強烈且短暫的恆星形成事件而形成，而不是從旋轉的圓盤開始並隨著時間的推移變得更加橢圓。
我們的研究檢查了 100 多個遙遠星系中的塵埃分佈，我們知道，當宇宙年齡在 22 億至 59 億歲之間時，這些星係就形成了許多恆星。
塵埃顯示氣體（形成新恆星的物質）的存在，使我們能夠研究星系內正在積極形成新恆星的區域。
使用一種新穎的觀測技術，我們發現這些遙遠星系中的塵埃極為緻密，這並不是我們對扁平盤狀星系的預期。此外，我們也能夠推斷出灰塵排放區域的三維幾何形狀。
這項分析表明，大多數早期恆星形成星系實際上是球形的而不是盤形的。事實上，它們的形狀與今天我們附近的橢圓星系的形狀非常相似。
然後，我們使用宇宙學電腦模擬來解釋觀測結果，並了解可能導致塵埃和氣體沉入這些遙遠的恆星形成星系中心的物理機制。
我們的分析表明，來自周圍星系的冷氣流以及星系相互作用和合併的同時作用可以將氣體和塵埃驅動到這些星系內緻密的恆星形成核心。模擬也向我們表明，這個過程在早期宇宙中很常見，為橢圓星系的快速形成提供了關鍵解釋。
我們的發現為這個難題添加了關鍵的一塊，增進了我們對星系形成和演化的理解。
一種新穎的觀察技術
這項發現是透過分析 ALMA 觀測結果的新技術來實現的。 Alma 數據與我們過去從光學望遠鏡看到的圖像不同。事實上，Alma 的運作方式是將來自多個天線的訊號組合起來，這些天線一起工作，形成一個巨型望遠鏡。
這種技術被稱為乾涉測量法，雖然它可以獲得遙遠星系的清晰影像，但數據分析比傳統光學影像更複雜。與先前的方法相比，我們的新技術能夠更精確地測量粉塵分佈，從而在該領域取得了重大進展。
這項研究，我們使用了檔案，開放取得的Alma數據幾年來累積的。這突顯了開源數據的力量，科學家可以在其中分享他們的發現，以及推動科學突破的全球合作。
未來的觀察約翰·韋斯特和歐幾裡得太空望遠鏡將進一步繪製現今橢圓星系遙遠祖先中恆星的分佈圖。還有超大望遠鏡其 39 公尺寬的鏡子將提供遙遠星系中恆星形成核心的前所未有的細節。
此外，使用 ALma 和 ALma 可以更清晰地觀察氣體動力學甚大望遠鏡將揭示氣體如何向星系中心移動，促進恆星形成並塑造我們今天看到的星系。
安納格拉齊亞·普格利西，天文物理學週年紀念研究員，南安普敦大學。
