清华研究团队成果首次对星系“循环内流”进行直接成像_教育家
论文从清华大学获悉，日前，清华大学天文学系副教授蔡政首次通过全波段数据直接探测到星系周围气体进入宇宙早期星系的详细过程，证实了重元素(除氢和氦以外的所有化学元素)高丰度的“循环流入”是驱动星系恒星形成的关键，这是理解星系“生态系统”和星系演化的重要一步。
相关研究成果于5月5日以研究文章的形式在线发表在《科学》杂志上。
气体进入星系的细节揭示了大质量星系恒星形成的奥秘。清华大学供图
星系吸积(致密天体通过引力俘获周围物质的过程)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。美国最近发布的未来十年天体物理学计划将“宇宙生态系统”作为要解决的重要问题之一，其中一个关键就是大质量星系的形成和演化机制。
理论上，对于一个大质量星系，由于其巨大的引力势能(引力场中物体，尤其是天体的势能)，物质在坍缩过程中被冲击波加热，使得流入星系的气体具有很高的温度，无法得到有效冷却，从而无法顺利聚集在一起形成恒星。
然而，这一理论与新的观测结果相反，因为在非常早期的宇宙中，已经发现一些大质量星系正在猛烈地形成恒星。这意味着人们还没有完全了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的过程也没有被揭示。
气体的内部流动与循环内部流动和星系形成密切相关。清华大学供图
为了解开这个谜题，蔡政的团队利用世界上最大的光学望远镜——凯克观测了一个110亿年前的巨大气体星云，并利用其先进的成像光谱仪——“宇宙网络成像仪”成功探测到星系周围气体中的氢元素和各种重元素的辐射，进一步估算出重元素的大尺度分布空。这也意味着在110亿年前的宇宙早期，星系周围的气体已经富含重元素。
蔡政告诉该报，他的团队基于之前四五年积累的观测和研究数据，进一步分析了三年的光谱和数值模拟，发现这些富含重元素的电离气体被星系中心的活动星系核喷向星系周围，通过复合辐射和禁戒跃迁辐射的过程冷却下来 然后在引力和环境角动量的共同作用下回流到星系中，形成“环形流入”，被认为加速了恒星的形成。 这也是世界上首次对“循环内流”进行直接成像。
蔡政介绍，这一发现为星系如何与大尺度环境交换物质提供了清晰的图像，表明“再循环流入”是宇宙早期推动大质量星系形成的重要机制。这一发现是理解星系生态系统、星系形成和演化的关键一步。未来，结合更大口径、更大视场的光谱望远镜(如清华准备在2029年建造的MUST望远镜)，将有望揭示星系恒星形成的全貌。
蔡政是这个项目的主要研究员、通讯记者和第一作者。清华博士生张世武是论文的第一作者。来自国内外的许多大学和研究机构合作了这个项目。
责任编辑：蒋晨锐图片编辑：乐浴峰