清华大学团队揭示星系外气体进入星系的详细过程

记者从清华大学获悉，该校天文系团队通过全波段数据直接探测到早期宇宙中星系周围气体进入星系的详细过程，证实了重元素丰度较高的“循环内流”是驱动星系恒星形成的关键，为理解星系“生态系统”及星系演化迈出重要一步。相关研究成果于5月5日以长文形式在线发表于《科学》杂志。

星系吸积星系外气体形成恒星的详细过程，一直是天体物理学研究的热点。在美国近期公布的未来十年天体物理规划中，“宇宙生态系统”是需要解决的重要问题之一，而其中的一个关键是大质量星系形成演化的机制问题。理论认为，对于大质量星系而言，其本身巨大的引力势能，导致物质在塌缩过程中被激波加热，使流入星系的气体具有很高的温度，无法有效冷却，从而不能顺利聚在一起形成恒星。然而，这一理论与新的观测相悖，因为在非常早期的宇宙中，已发现有的大质量星系内部也正在剧烈地形成恒星。这就意味着，人们还没有充分理解气体流入星系的详细过程，流入的气体如何驱动恒星形成过程也未被揭示。

为了揭开这一谜题，来自清华大学的蔡峥教授团队利用世界上最大的光学望远镜——“凯克”对距今110亿年的一个巨大的气体星云进行了观测，并利用其先进的成像光谱仪——“宇宙网成像器”，成功探测到了星系周围气体的氢元素以及多种重元素辐射，进而估计出重元素的大尺度空间分布。研究团队介绍，这意味着在宇宙早期，星系周围气体已经富含重元素。通过进一步的光谱和数值模拟分析发现，这些富含重元素的电离气体，极为可能是早先被星系中心的活动星系核喷射到星系周围，通过复合辐射、禁戒跃迁辐射等过程冷却下来，在引力和环境角动量共同作用下，重新回流入星系，形成“循环冷气体流”。对观测到的气体动力学建模进一步表明，循环气体流是朝星系流入的，可以促进和维持恒星形成活动。

研究团队介绍，本次发现为星系如何与大尺度环境进行物质交换提供了清晰的图景，表明“循环气体流”是驱动早期宇宙大质量星系形成的重要机制。未来，利用更大口径、更大视场的光谱巡天望远镜（例如清华大学正在筹备的MUST巡天望远镜），人们有望揭示星系中恒星形成的全貌。