NASA的韦伯太空望远镜揭示星系碰撞遗迹中的超大质量恒星团块

亚利桑那大学斯图尔德天文台的研究助理肖恩·林登表示，这些被称为亮红外星系（LIRGs）和超亮红外星系（ULIRGs）的天体，在本宇宙中相对罕见。根据他在6月11日美国天文学会第246次会议上新闻发布会公布的研究结果，目前仅在距离地球400百万秒差距（13亿光年）范围内发现了202个。

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单一星系核的特征，或在引力拉伸形变作用下形成延展的"尾流"结构。与"现代"星系不同，它们包含着致密的"团块"区域——这些充满新生恒星的区域，其质量远超未经历合并的"典型"演化星系中的任何结构。

"这些星系呈现出高度团块化的特征，与我们现今看到的美丽旋涡星系（如银河系）截然不同，"林登指出，"宇宙学模拟表明，这些团块正是早期宇宙中星系的基本构成单元。"

天文学家对LIRGs和ULIRGs的研究兴趣源于它们是窥探遥远过去的窗口——当时宇宙更为年轻，星系演化程度远低于现今，且星系碰撞事件的发生频率远高于当代。

这正是"大天文台全天亮红外星系巡天"（Great Observatories All-sky LIRG Survey，简称GOALS）项目的意义所在。该项目综合运用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月持续至2024年9月的巡天计划是同类研究中独一无二的。研究团队计划将成果发表在《天体物理学杂志》特刊上。

"你可以想象，在一个致密的小区域内同时形成百万颗恒星——而这类星系中存在着数十万个这样的团块，"林登描述道。

作为对比，银河系内质量最大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，恒星形成率会急剧飙升，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规模。若想理解其本质及其在宇宙演化过程中对星系发展的实际贡献，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JWST的红外探测能力能让天文学家揭开阻碍详细观测的厚尘埃面纱。

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：正如现今银河系所展现的，"典型"盘状星系所含恒星形成团块较少，且多数恒星形成发生于小型团块内。而星系合并则会产生更大、更多的团块结构，且恒星形成主要集中于这些巨大团块中。

"我们如今在本宇宙中发现了这些巨大团块，"林登表示，"通过首次对比近域与遥远宇宙中的大质量团块观测数据，我们正逐步完善宇宙演化图景。"

能辨识这些异常大质量恒星形成团块中先前隐藏的细节，使研究人员得以更深入理解这些结构及其宿主星系随时间的演化历程——本质上为研究一类基本已在宇宙中消失（除最遥远外围区域外）的星系类型提供了天然实验室。

"某种意义上，观测本宇宙能揭示百亿年前可能发生的演化过程，"林登阐释道。他的研究工作聚焦于团块与星团的成像，并主导了数据获取、处理与分析全过程。

他进一步说明，早期宇宙物质密度更高，星系合并事件频发，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，星系逐渐转变为类似银河系及现今所见成熟旋涡星系的结构。

"宇宙过去曾更为狂暴极端，如今正趋于平静，"林登总结道，"这也解释了为何本宇宙中不再存在这类极端星系的罕见样本——因为绝大多数星系同样已进入稳定状态。"

林登补充指出，这些被巡天观测的星系不仅是通往过去的窗口，也暗示着未来图景：数十亿年后，当银河系与仙女座星系最终碰撞合并时，此次合并事件可能在两个星系中再度引发大规模恒星形成浪潮。

"随着仙女座星系逼近，星际介质压力持续升高——届时你会发现银河系形成的团块结构将变得日益巨大。"