宇宙早期星系中发现巨量“恒星燃料”储备

宇宙诞生仅约7亿年时——即大爆炸后约5%，其年龄还处于襁褓期——就已经存在能够快速生长并形成恒星的星系了。一个国际天文学家团队利用两台强大的射电望远镜，首次直接观测到了这一过程所需的“燃料”成分。这项发表在《皇家天文学会月刊》上的研究成果，为我们理解早期大质量星系的形成方式提供了全新视角。

此次观测的对象是红移值为z=7.3的REBELS-25星系。它正处于再电离时代，即第一代恒星和星系通过电离周围的中性氢，逐渐改变宇宙面貌的时期。此前天文学家曾推测，这类早期大质量天体应当拥有大量的冷分子气体储备，这是孕育新恒星的核心原料。然而，由于信号极其微弱，加之远距离下的宇宙微波背景辐射干扰，相关观测此前一直缺乏直接证据。

位于新墨西哥州的甚大天线阵（VLA）和位于智利的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）在此次研究中发挥了关键作用。通过VLA，科学家成功捕捉到了冷气体的可靠指标——一氧化碳（CO）的微弱辐射。这是迄今为止探测到的最遥远的一氧化碳信号。ALMA的数据则完善了这一图景，使研究人员能够评估气体的温度、密度和分布情况。结果显示，REBELS-25星系蕴含着约1000亿倍太阳质量的冷分子气体，占该星系全部普通物质（重子物质）的95%左右。相比之下，该星系中已经形成的恒星数量还相对较少。

该星系的成熟程度令人惊叹。早前的研究已表明，它拥有旋转圆盘、大量尘埃以及相对较高的重元素含量。如今，这一特征列表中又增加了一个巨大的气体储备库。该研究的第一作者、莱顿大学的卡琳·切斯科恩指出：“我们的研究结果证明，在大爆炸后仅7亿年，星系就已经拥有了足以形成新恒星的庞大冷气体储备。”

智利天文学家、来自附属天体物理与技术中心及迭戈·波塔莱斯大学的曼努埃尔·阿拉维纳也参与了这项研究。据他介绍，此类发现有助于揭示早期宇宙中的某些系统是如何如此迅速地积累物质的。这未必代表所有早期星系的普遍情况——REBELS-25可能只是一个极端突出的案例，但现在科学家已经掌握了验证此类储备普及程度的工具。

这一发现是人类探索“宇宙黎明”迈出的重要一步。未来，灵敏度更高的观测设备（如下一代甚大天线阵ngVLA）将使我们能够观测到更多早期星系中的冷气体。目前我们已经看到，即便是在极早期的宇宙中，也已经具备了结构爆发式增长的条件，而这些结构最终成为了现代宇宙的基石。这再次提醒我们，早期的宇宙是何等充满活力且处处是惊喜。