在浩瀚无垠的宇宙中，星系作为最基本也最壮丽的结构，长期以来一直激发着天文学家的好奇心。尤其是星系中心的核球，其形成机制一直是未解之谜。近日，一项由中国科学院紫金山天文台的谈清华副研究员领衔的国际研究团队在《自然》杂志上发表的研究成果，首次揭示了遥远早期宇宙星暴星系中心原位核球形成的确凿证据。
哈勃序列图，显示星系的分类方式。（图/NASA/ESA）
星系作为宇宙的基本单元，其形态各异，主要分为椭圆星系和旋涡星系两大类。椭圆星系形状圆润，中心有明亮的核球结构；而旋涡星系则具有显著的旋臂结构。核球与盘的比例在很大程度上决定了星系的整体形态，成为星系形态分类的重要指标。
银河系的结构，中心是一个核球。（图/ESA）
长期以来，天文学家一直试图揭开椭圆星系和星系核球结构的形成之谜。上世纪九十年代，哈勃空间望远镜的发射带来了革命性的突破，揭示了宇宙历史中一个特别活跃的时期——宇宙正午，这一时期形成了多达一半的恒星质量。推测认为，富含尘埃的星暴星系中异常活跃的恒星形成活动与星系中心核球结构的形成紧密相关。
星暴星系M82。（图/NASA/CXC/JHU/D.Strickland/ESA/STScI/AURA/The Hubble Heritage Team/JPL-Caltech/Univ. of AZ/C. Engelbracht）
为了验证这一推测，天文学家利用亚毫米波段的观测，透过星际尘埃的遮挡，深入探索遥远宇宙的秘密。詹姆斯•克拉克•麦克斯韦望远镜（JCMT）和北部的IRAM/NOEMA以及南部的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）等先进设备，为这一研究提供了重要工具。研究团队通过筛选高信噪比的数据，发现了一批处于宇宙正午时期的星暴星系，其亚毫米波辐射强度分布高度集中在一个小核心区域，表明这些星系的核心区域很可能已经形成了核球结构。
ALMA。（图/ A. Duro/ESO）
通过对星系几何形状的详细分析，研究团队进一步证实了这些星暴星系中心原位核球的形成。大多数星系呈现出三轴椭球形的几何特征，而非传统的扁平盘状结构。这些发现表明，在宇宙早期的星暴星系中，极端活跃的恒星形成活动导致星系中心区域大量恒星质量的快速积累，进而促进了核球结构的形成。研究团队还采用先进的宇宙学流体力学模拟，揭示了冷气体吸积和星系相互作用触发的剧烈恒星形成活动是核球结构形成的主要原因。
