在浩瀚无垠的宇宙舞台上，星系作为最基本且最壮观的构造之一，长久以来一直激发着天文学家的无限遐想与探索欲望。尽管经过数十载的不懈观测与研究，星系内部的诸多细节仍旧笼罩在神秘的面纱之下，其中，星系中心核球的形成机制更是成为了天文学界一个悬而未决的谜题。
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，如同一束穿透迷雾的光，首次揭示了遥远早期宇宙中星暴星系中心原位核球形成的确凿证据，为星系的形成与演化研究开启了全新的篇章。
当我们仰望星空，那些不同于恒星、具有延展结构的天体，大部分是遥远而庞大的星系。天文学家们通过描述星系的结构与形态，进一步探究其本质。经典的“哈勃音叉”序列将星系分为两大类：椭圆星系与旋涡星系。椭圆星系形状光滑圆润，中心有一个明亮的核球结构，由大量恒星聚集而成；而旋涡星系则具有显著的旋臂结构，可分为有棒状结构的棒旋星系与无棒状结构的正常旋涡星系。
研究发现，大多数星系的中心都藏着一个核球，而星系的整体形态也在很大程度上取决于核球与盘的比例。核盘比作为星系形态分类中的一个重要物理指标，揭示了星系的形态差异：核球较大的星系更可能呈现为球状或椭球状，而盘占主导的星系则显得扁平，呈现出旋涡形态。
然而，当前宇宙中观测到的椭圆星系和星系核球结构究竟是如何形成的呢？尽管理论研究提出了一些假说，但观测验证这些理论仍然是星系研究领域的一大挑战。上世纪九十年代，哈勃空间望远镜的成功发射，为人类对宇宙的认知带来了革命性突破。研究表明，在宇宙历史的一个特别活跃时期——宇宙正午（距今约80至120亿年前），星系中的恒星质量密度迅速演变，多达一半的恒星质量在这一时期形成。据推测，这一时期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有着紧密的联系。
为了从观测上证实这些遥远的星暴星系与当前宇宙中较为年老的椭圆星系之间的演化关联，天文学家们将目光投向了穿透力更强的亚毫米波。詹姆斯•克拉克•麦克斯韦望远镜（JCMT）的测辐射热计阵列（SCUBA）在850μm的亚毫米波段拍摄到的宇宙深场第一张图像，为探索遥远宇宙打开了新的窗口。而北部扩展毫米波阵列（IRAM/NOEMA）与阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）则凭借其无与伦比的灵敏度和空间分辨率，成为探测早期宇宙星系中冷气体和尘埃星际物质微弱信号的最重要工具。
研究团队利用自动挖掘ALMA档案数据项目（A³COSMOS 和 A³GOODSS）提供的宇宙深场遥远星系大样本资料，在亚毫米波段筛选高信噪比的数据，详细且精确地测量了一批处于宇宙正午时期、亚毫米波辐射明亮的、大质量星暴星系的形态结构参数，发现了遥远的早期宇宙星暴星系中心原位核球形成的证据。通过亚毫米波段的独特视角与创新的分析技术，团队发现，样本中的大多数星系，其亚毫米波辐射强度分布明显不同于盘状星系光辐射强度的典型分布，尘埃辐射高度集中在一个非常小的核心区域，这表明这些星系的核心区域很可能已经形成了类似核球的结构。
进一步的研究采用先进的宇宙学流体力学模拟，探索了早期星暴星系中核球结构形成的起源。模拟结果显示，冷气体吸积流入星系以及星系相互作用触发的剧烈恒星形成活动，很可能是导致这些星系核球结构形成的主要原因。这一发现在早期宇宙中非常普遍，被认为是大多数星系核球结构形成的关键时期，有望重新定义星系形成机制。
