撰文：早稻田大学          2022 年 7 月 1 日

随着望远镜变得越来越先进和强大，天文学家已经能够探测到越来越多的遥远星系。 这些是我们宇宙中最早形成的一些星系，随着宇宙的膨胀，它们开始远离我们。事实上，距离越远，星系离开我们的速度似乎就越快。有趣的是，我们可以估计一个星系的移动速度如何快，并根据当它被形成时，基于“红移”其发射物出现的时间。这类似于一种称为“多普勒效应”的现象，在这种现象中，正在远离观察者的物体，向观察者发出看起来向更长波长移动的光（因此称为“红移”）。

位于智利阿塔卡马沙漠中部的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列 (ALMA) 望远镜，特别适合观察星系发射中的这种红移。近日，日本早稻田大学井上昭夫教授和研究生德冈刚、日本筑波大学桥本拓哉博士、伦敦大学学院理查德·埃利斯教授和尼古拉斯·拉波特博士等在英国剑桥大学的研究人员组成的团队，观察到一个遥远星系 MACS1149-JD1（以下简称 JD1）的红移发射，这使他们得出了一些有趣的结论。“除了发现高水平红移，即非常遥远的星系之外，研究它们的气体和恒星内部运动，为了解最早可能的宇宙中星系形成过程提供了动力，”埃利斯解释说。他们的研究结果已发表在《天体物理学杂志快报》上。

星系的形成始于气体的积累，然后从该气体中形成恒星。随着时间的推移，恒星形成从中心向外发展，形成了一个星系盘，星系获得了特定的形状。随着恒星形成的继续，较新的恒星在旋转的盘中形成，而较老的恒星则留在中心部分。通过研究恒星星体的年龄以及星系中恒星和气体的运动，可以确定星系已经达到的演化阶段。

在两个月的时间里进行了一系列观测，天文学家成功地测量了星系内部位置之间“红移”的微小差异，并发现 JD1 满足了以旋转为主的星系的标准。接下来，他们将星系建模为一个旋转盘，发现它很好地再现了观测结果。计算出的旋转速度约为每秒 50 公里，相比之下，银河系星盘的旋转速度为每秒 220 公里。该团队还测量了JD1 的直径仅为 3,000 光年，远小于银河系 100,000 光年的直径。

他们的结果的意义在于，JD1 是迄今为止最遥远的，因此也是迄今为止发现的最早的、具有气体和恒星旋转盘的源。再加上研究文献中对较近系统的类似测量，这使该团队能够描绘出，在我们超过 95% 的宇宙历史中旋转星系的逐渐发展。

此外，根据星系旋转速度估算的质量，与之前根据星系光谱特征估算的恒星质量一致，并且主要来自大约 3 亿年前形成的“成熟”恒星的质量。“这表明 JD1 中的恒星数目形成于宇宙时代的更早时期，”桥本说。

“JD1 的自转速度，比在后期星系和我们的银河系中发现的要慢得多，JD1 很可能处于发展自转运动的初始阶段，”井上说。随着最近发射的詹姆斯.韦伯太空望远镜，天文学家现在计划确定，银河系中年轻和年老恒星的位置，以验证和更新他们的星系形成场景。