宇宙早期星系發現巨型「恆星燃料」儲庫

在大霹靂後僅約 7 億年，即宇宙目前年齡的 5% 左右，當時宇宙尚處於幼年時期，卻已存在能夠快速成長並形成恆星的星系。一支國際天文學家團隊利用兩台強大的無線電望遠鏡，首次直接觀測到驅動此過程的「燃料」成分。這項發表於《皇家天文學會月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）的研究結果，為早期大型星系的形成方式提供了全新觀點。

此次觀測對象為紅移值 z=7.3 的 REBELS-25 星系。該星系處於再電離時代，這段期間首批恆星與星系逐漸改變宇宙面貌，使周圍的中性氫發生電離。天文學家先前曾推測，這類早期的大質量天體應擁有豐富的冷分子氣體儲量，而這正是誕生新恆星的核心原料。然而，由於訊號過於微弱，且遠距離的宇宙微波背景輻射增加了觀測難度，過去一直缺乏直接證據。

位於新墨西哥州的特大天線陣（VLA）與智利的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ALMA）在本次研究中發揮了關鍵作用。研究人員透過 VLA 成功捕捉到一氧化碳（CO）的微弱輻射，這是偵測冷氣體極為可靠的指標。這是迄今為止偵測到最遙遠的此類信號。ALMA 則補足了其餘資訊，讓科學家得以評估氣體的溫度、密度與分布。觀測發現 REBELS-25 含有約 1000 億倍太陽質量的冷分子氣體，約占該星系所有普通（重子）物質的 95%。相比之下，該星系目前已形成的恆星數量顯著較少。

該星系的成熟程度令人驚訝。先前的研究已證實其擁有旋轉盤面、大量塵埃，以及相對較高比例的重元素含量。如今，這份清單又多了一個巨大的氣體儲庫。萊登大學的研究計畫負責人卡琳．切斯科恩（Karin Chescon）指出：「我們的研究結果顯示，在大霹靂僅 7 億年後，星系就已擁有龐大的冷氣體儲備來孕育新恆星。」

來自智利輔助天文物理與相關技術中心（CATA）及迪亞哥波塔利斯大學（UDP）的智利天文學家曼努埃爾．阿拉維納（Manuel Aravena）也參與了這項研究。他表示，這類發現有助於理解早期宇宙中的某些系統為何能如此迅速地累積物質。這未必是當時的普遍現象，REBELS-25 或許只是一個極端案例，但科學家現在已擁有工具來驗證此類儲庫的普遍程度。

這項發現是研究「宇宙黎明」的重要一步。未來更靈敏的儀器（如次世代特大天線陣 ngVLA）將能在更多早期星系中觀測到冷氣體。就目前而言，我們已看到即便在極年輕的宇宙中，也已具備讓星系蓬勃生長的條件，而這些結構最終成為了現代宇宙的基石。這也提醒了我們，早期的宇宙是多麼充滿活力且令人驚喜。