大质量星系恒星形成之谜。

　　本报讯 近日，来自清华大学天文系蔡峥教授领导的国际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。
　　星系吸积星系外气体，形成恒星的详细过程是天体物理学研究的热点。近期公布的美国未来十年天体物理规划中，特别将“宇宙生态系统”作为需解决的重要问题提出。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，由于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，已经发现一些大质量星系存在着剧烈的恒星形成。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。
　　为了解开这一谜题，该团队利用世界上最大的光学望远镜——“凯克”，对110亿光年外的一个巨大的气体星云进行了观测。利用先进的成像光谱仪——“宇宙网成像器”，团队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，并进一步估计出重元素的大尺度空间分布。这也意味着在宇宙早期，星系周围气体已经富含重元素。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。
　　本次发现对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。该发现为理解星系生态系统、星系形成和演化迈出了关键的一步。未来，结合更大口径、更大视场的光谱巡天望远镜，人们有望揭示星系中恒星形成的全貌。
　　5月5日，研究成果以长文形式在线发表于《科学》（Science）期刊上，论文的题目为“110亿年前大质量星系周围被增丰的旋进流”。蔡峥为论文的通讯作者、共同第一作者；清华大学天文系2018级博士生张世武为文章第一作者，许丹丹教授等提供了重要的理论支持。（天文系）