早期星系外向內生長，顛覆恆星形成認知

科幻作品通常把我們銀河系的邊緣刻畫成一片荒涼的落後區域

星系邊緣明亮且繁忙，是活動中心，而核心卻老化落後，如同窮鄉僻壤

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）近期在早期宇宙中發現了一個距離超過 120 億光年的小型星系，其核心充斥着較爲古老、逐漸黯淡的恆星；所有熾熱的新恆星的形成都出現在星系的邊緣，而非核心，這就像是宇宙版的郊區擴張和逐漸衰敗的市中心。這個古老星系從外向內的生長方式能夠讓我們知曉我們自己銀河系的歷史，以及它和宇宙其他部分的對比情況

劍橋大學天體物理學家桑德羅·塔切拉（Sandro Tacchella）和他的同事將他們的研究成果 發表在《自然·天文學》雜誌上.

我們往往將宇宙中最早的星系想象成模糊的圓形、略帶紅色的光團，沒有太多結構。但塔凱拉和他的同事們最近利用詹姆斯·韋布太空望遠鏡（JWST）發現，有一個星系在大爆炸後不到 10 億年便已開始演變成更爲複雜的形態。

“星系如何隨時間演化是天體物理學中的一個重要問題，”塔凱拉在最近的一份聲明中說。“通過觀察不同時期的不同星系，我們或許能夠重建其生長週期，並展示星系是如何發展到如今的最終規模的。”這一直是詹姆斯·韋布太空望遠鏡的主要科學目標中的一個。

與現代橢圓星系一樣，這個古老的星系有一個核心，其中密集地分佈着恆星，這些恆星在星系邊緣逐漸稀疏。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的儀器測量了來自星系不同區域的光線光譜，塔凱拉和他的同事利用這些數據計算了恆星的年齡和質量。結果顯示，密集的星系核心主要由較爲古老、逐漸黯淡的恆星構成，而大多數活躍的新恆星所在區域則位於星系的郊區。並且那些繁榮的星系郊區增長速度極快，每 100 億年星系質量就會翻一番。

（相比之下，我們的銀河系仍在增長，但速度要慢得多；我們每 100 億年質量才翻一番。塔凱拉和他的同事最近研究的這個星系質量僅爲我們銀河系的十萬分之一，但它最終可能會趕上。）

在更近期、臨近的宇宙中，星系以非常相似的方式成長；隨着星系的成長，它的引力會從越來越遠的地方吸引星系間的氣體，恆星常常在星系邊緣形成，因爲那裡有更多向內螺旋的氣體。模擬預測古代星系應該以同樣的方式成長，但天文學家從未見過這種情況發生。相反，天文學家只看到這些早期星系在早期宇宙擁擠的空間中通過相互碰撞而成長，劇烈地合併成更大的星系。但合併的情況似乎發生得不夠頻繁，難以解釋早期宇宙中的那些小紅斑是如何成長爲如今巨大且複雜的恆星螺旋和圓盤的。

“星系與星系的合併會導致大量新恆星的形成，所以極其明亮且‘容易’被發現，”塔切拉告訴《Inverse》。“然而，我們認爲這些合併是比較罕見的，大多數星系是通過吸積新鮮氣體來成長的。然而，我們對此並不確定，尤其是在宇宙的這些早期時期。”

爲了更深入地瞭解早期宇宙中的星系是如何生長並演變成我們如今所看到的樣子的，塔凱拉和他的同事需要觀察不止一個早期星系中的這一過程。這支天體物理學家團隊已經在對來自其他幾個星系的數據進行分析，比較它們核心和邊緣新恆星形成的數量。

有可能在它們生命中的某個特定階段之後，所有星系往往會有老化、破敗的核心以及明亮、快速擴張的邊緣區域。但也有可能星系在其核心和邊緣區域之間交替形成新恆星——也許取決於星系中心的超大質量黑洞或附近可用的星系間氣體量。

“問題在於，我們無法觀測到這個特定星系隨着宇宙時間的演變（我們得等上數百萬年！），所以我們必須研究許多星系體系並探尋規律，”塔切拉說。