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作者：Shreejaya Karantha
翻譯：楊幸允
校對：牧夫校對組
編排：陶邦惠
后臺：朱宸宇
https://phys.org/news/2026-07-astronomers-massive-galaxy-piece-billion.html
天文學家們發現了一個由六個年輕星系組成、規模十分緊湊的星系群。它們出現在宇宙大爆炸后僅12億年。這一發現或許讓我們得以窺探宇宙中一些最大星系的形成過程。概述這一發現的論文已于7月13日提交至arXiv預印本服務器。
? 混沌區域
被天文學家廣泛接受的含宇宙學常數的冷暗物質（ΛCDM）宇宙學模型認為，星系主要通過等級式并合（hierarchical merging）的方式形成的。這意味著較小的星系在數十億年的演化過程中不斷相互并合，最終逐步成長為更大的星系。在這一理論框架下，早期宇宙中的致密區域是檢驗這一理論的天然實驗室。
這些致密區域被稱為原星系團（proto-cluster）和原星系群（proto-group）。它們是由多個年輕星系組成、分布在僅數萬光年范圍內的致密系統，并且代表了星系演化過程中一個尤為短暫且極端的階段。要觀測到它們需要使用靈敏度足夠高、能夠探測到極遠距離處微弱、低質量星系的望遠鏡；同時還需要極高的測量精度，才能確認這些星系確實彼此受到引力的束縛。
在一項最新研究中，日本國立天文臺（National Astronomical Observatory of Japan）的羅納爾多·萊什拉姆（Ronaldo Laishram）和研究團隊，對一個編號為 SCGG-z5、紅移為 z = 4.97 的緊湊原星系群進行了研究。這個星系群由六個星系組成，且都已通過光譜觀測得到確認——這意味著，研究人員是依據星系光譜中特征譜線的位置測定的距離，而不是僅依靠顏色和亮度進行推算，因此測量結果更加可靠。
? 不穩定的系統
利用韋布望遠鏡的深空成像和SAPPHIRES巡天的無縫分光（slitless spectroscopy）數據，研究團隊發現該星系群中的六個星系集中于一片狹小的天區，其跨度僅為16000秒差距（約52000光年）——大約是銀河系直徑的一半。
研究團隊測量了各個星系的恒星質量后發現，其中三個星系的恒星形成率達到或超過了其所在時期的常規水平，其中一個星系的恒星形成速度明顯快于預期。
這六個星系都呈現出受到擾動的不規則形態，這與正在發生的引力相互作用或星系并合過程十分吻合。產星過程分布圖還顯示出部分星系中的氣體可能正不斷向中心區域匯聚，為中央區域輸送形成恒星的原料。這意味著，一些星系可能正在經歷一種由內向外擴展的生長模式。不過，質量最大的那個星系卻表現出相反的趨勢：它的中心區域恒星形成活動相對平靜，而外圍區域卻更加活躍。
利用 F200W 波段圖像進行多組分塞爾西克（Sérsic）光度輪廓擬合，對星系進行形態分解。從左至右依次為：觀測圖像、最佳擬合模型和歸一化殘差圖。圖片來源：羅納爾多·萊什拉姆等。arXiv (2026). DOI: 10.48550/arXiv.2607.11182
研究人員提出，這些星系之間已經表現出的不同特征說明，“即使整個星系群尚未完全并合，群體環境就已經開始使成員的進化軌跡產生分化了。”
在研究這六個星系之間的速度分布時，研究人員發現這是一個動力學上“活躍”、不穩定的系統，而非平靜的系統。這些星系彼此之間的相對運動速度足夠快，以至于它們大約在1400萬年內就能完成多次近距離掠過。
? 合六為一
通過與包含致密星系群的EAGLE宇宙學模擬的對比，研究團隊預計SCGG-z5中的六個星系將在紅移約為z ~ 3–4時完全并合為一個單一系統，這距離這次觀測大約還有4億年。之后，這顆新并合的星系將持續增長，在紅移 為z ~ 1 時，星系的恒星質量將達到 1000 億個太陽質量，這可能標志著未來星系團中央最明亮星系的早期形成。
研究人員認為，從恒星形成開始到最終并合，整個形成過程歷時約8億年。這意味著我們恰好觀測到了 SCGG-z5 演化過程中的一個短暫瞬間——它正逐漸演變為一個規模大得多的天體。
研究團隊說，SCGG-z5 為“研究宇宙最初10億年間星系群形成提供了直接的觀測約束”。他們呼吁未來利用韋伯空間望遠鏡對氣體的運動和成分進行光譜觀測，并結合阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣（ALMA）對冷氣體的觀測，以進一步驗證潮汐相互作用是否確實是導致星系間差異的關鍵因素。
責任編輯：郭皓存
牧夫新媒體編輯部
『天文濕刻』 牧夫出品
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哈勃拍攝的并合星系Arp 87
圖像版權：NASA, ESA, Hubble
圖像處理：Harshwardhan Pathak
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