想到我们对宇宙还有多少需要了解，这既令人感到谦卑，又令人振奋。我和我的合作者刚刚解决了天体物理学的一个持久谜团：巨大的椭圆星系是如何形成的。
现在，我们第一次有了可靠的观察证据来提供答案。我们的成果最近发表于自然。
当今宇宙中的星系分为两大类。有一些螺旋星系，就像我们的银河系一样，富含气体，并在旋转的圆盘中不断形成恒星。还有椭圆星系，它们很大，呈球形而不是扁平状，类似于橄榄球。
后者不会产生新的恒星，但以一百亿多年前形成的恒星为主。
长期以来，椭圆星系的形成一直难以用描述宇宙从宇宙演化的宇宙学模型来解释。到现在。挑战之一是椭圆星系形成时代（100亿至120亿年前）的恒星形成被认为发生在大型旋转圆盘内，类似于我们自己的银河系。
那么星系是如何将其形状从扁平圆盘转变为三维椭圆星系的呢？
与阿尔玛的观察
通过分析来自阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列 (Alma)，我们确定了巨型椭圆星系的诞生地。
我们发现，局部椭圆星系可以通过宇宙早期强烈且短暂的恒星形成事件而形成，而不是从旋转的圆盘开始并随着时间的推移变得更加椭圆。
我们的研究检查了 100 多个遥远星系中的尘埃分布，我们知道，当宇宙年龄在 22 亿至 59 亿岁之间时，这些星系就形成了许多恒星。
尘埃表明气体（形成新恒星的物质）的存在，使我们能够研究星系内正在积极形成新恒星的区域。
使用一种新颖的观测技术，我们发现这些遥远星系中的尘埃极其致密，这并不是我们对扁平盘状星系的预期。此外，我们还能够推断出灰尘排放区域的三维几何形状。
这一分析表明，大多数早期恒星形成星系实际上是球形的而不是盘形的。事实上，它们的形状与今天我们附近的椭圆星系的形状非常相似。
然后，我们使用宇宙学计算机模拟来解释观测结果，并了解可能导致尘埃和气体沉入这些遥远的恒星形成星系中心的物理机制。
我们的分析表明，来自周围星系的冷气流以及星系相互作用和合并的同时作用可以将气体和尘埃驱动到这些星系内致密的恒星形成核心。模拟还向我们表明，这一过程在早期宇宙中很常见，为椭圆星系的快速形成提供了关键解释。
我们的发现为这个难题添加了关键的一块，增进了我们对星系形成和演化的理解。
一种新颖的观察技术
这一发现是通过分析 ALMA 观测结果的新技术实现的。 Alma 数据与我们过去从光学望远镜看到的图像不同。事实上，Alma 的运作方式是将来自多个天线的信号组合起来，这些天线一起工作，形成一个巨型望远镜。
这种技术被称为干涉测量法，虽然它可以获得遥远星系的清晰图像，但数据分析比传统光学图像更复杂。与以前的方法相比，我们的新技术能够更精确地测量粉尘分布，从而在该领域取得了重大进步。
对于这项研究，我们使用了档案，开放获取的Alma数据几年来积累的。这突显了开源数据的力量，科学家们可以在其中分享他们的发现，以及推动科学突破的全球合作。
未来的观察约翰·韦斯特和欧几里得太空望远镜将进一步绘制当今椭圆星系遥远祖先中恒星的分布图。还有超大望远镜其 39 米宽的镜子将提供遥远星系中恒星形成核心的前所未有的细节。
此外，使用 ALma 和 ALma 可以更清晰地观察气体动力学甚大望远镜将揭示气体如何向星系中心移动，促进恒星形成并塑造我们今天看到的星系。
安纳格拉齐亚·普格利西，天体物理学周年纪念研究员，南安普顿大学。
