NASA的韦布望远镜揭示星系碰撞废墟中的巨型恒星团块

据亚利桑那大学斯图尔德天文台研究员肖恩·林登介绍，这些被称为发光和超发光红外星系（LIRGs和ULIRGs）的天体在本地宇宙中相对罕见，在距地球400兆秒差距（13亿光年）范围内仅有202个已知案例。林登于6月11日在美国天文学会第246次会议上通过新闻发布会公布了这项发现。

LIRGs和ULIRGs与银河系等旋涡星系的不同之处在于它们正处于与其他星系合并的过程中。大多数星系表现出两个星系核而非一个的结构特征，或者因引力拉伸和变形两个天体而形成延伸的"尾部"。与"现代"星系不同的是，它们包含大量"团块"——这些充满新生恒星的致密区域，其质量远超未经历合并的"典型"演化星系中的任何结构。

"这些星系呈现极显著的团块结构，与我们现在看到的美丽旋涡星系（如银河系）截然不同，"林登表示，"根据宇宙学模拟，我们知道这些团块正是早期宇宙中星系的构建模块。"

天文学家对LIRGs和ULIRGs的关注源于它们如同通向遥远过去的窗口——彼时宇宙更为年轻，星系演化程度远低于今日，且相互碰撞的频率远高于现在。

这正是"大天文台全天域LIRG巡天"（简称GOALS）项目的意义所在。该项目整合了NASA斯皮策、哈勃、钱德拉和GALEX空间天文台的成像与光谱数据，对本地宇宙中200余个最明亮的红外选定星系展开了全面研究。如今，NASA詹姆斯·韦伯空间望远镜的红外观测为这些星系提供了最完整的普查数据。这项从2023年10月开始至2024年9月结束的巡天是同类研究中唯一的存在。研究团队计划将成果发表于《天体物理学杂志》特刊。

"可以想象，在一个微小致密的区域正形成百万颗恒星，而这类星系中存在着数十万个此类团块，"林登描述道。

作为对比，银河系内最大质量的年轻团块仅约千倍太阳质量，且平均每年仅诞生一颗恒星。

林登解释道，当两个星系碰撞合并时，恒星形成率会急剧上升，从而产生其他未经历合并的星系中未曾观测到的巨大团块。

"这些团块结构随时间推移不断累积，直至达到惊人的质量。若想理解其本质及其对宇宙演化过程中星系发展的贡献，我们必须对其进行细致研究。"林登强调。

尽管哈勃空间望远镜此前已观测到恒星形成团块，但唯有韦伯望远镜的红外能力让天文学家得以揭开浓厚尘埃的帷幕，从而更详尽地观测这些特征。

巡天结果同时验证了基于超级计算机模拟的星系演化预测：正如现今银河系所示，"典型"的盘状星系包含较少恒星形成团块，且恒星形成主要发生于小型团块中；而星系合并则产生更多、更大的团块，恒星形成活动也更集中于这些巨大团块内。

"我们如今在本地宇宙中发现了这些巨型团块，"林登指出，"通过首次对比邻近宇宙与遥远宇宙的巨型团块观测数据，我们正逐步完善认知图景。"

能够辨识这些异常大质量恒星形成团块中先前隐藏的细节，将助力研究人员深入理解这些结构及其宿主星系随时间的演化历程——本质上为研究这类在宇宙中基本消失（除最遥远外围区域外）的星系提供了天然实验室。

"某种意义上，观察本地宇宙能为我们揭示百亿年前可能发生的景象，"林登阐释道。他的研究聚焦于团块与星团成像，并主导了数据获取、处理与分析工作。

他进一步说明，早期宇宙密度更高，星系合并更为频繁，由此催生了大质量恒星形成团块。随着宇宙演化与空间膨胀，星系逐渐趋近于现今银河系等成熟旋涡星系的形态。

"宇宙曾经历过更剧烈的动荡时期，如今正趋于稳定，"林登总结道，"这也解释了为何此类极端星系的罕见样本在本地宇宙不复存在——因为绝大多数星系本身也已趋于稳定状态。"

林登补充说，除作为窥视过去的窗口外，这些被巡天观测的星系也预示着未来。数十亿年后，银河系与仙女座星系终将相撞，届时两者的合并可能引发新一轮大规模恒星形成。

"随着仙女座星系逼近，星际介质压力上升，银河系中将突然涌现出越来越多的大质量团块。"