清华大学天文系认证宇宙迄今最早期的多旋臂漩涡星系

近日，清华大学天文系通过结合詹姆斯韦伯望远镜早期释放的图像与阿尔玛望远镜，并利用爱因斯坦引力透镜的放大效应，从观测上认证了目前人类发现的宇宙最早期的多旋臂漩涡星系。

宇宙最早期的多旋臂漩涡星系

漩涡星系有着突出和定义明确的美丽旋臂。正如我们的银河系以及很多被人们熟知的近邻星系，都存在巨大的旋臂结构。1960年代，当时在麻省理工学院数学系任教的林家翘教授和著名华人物理学家徐遐生（当时年仅19岁）提出的密度波理论可以完美地解释大旋臂的形成（林家翘先生于2001年受聘清华大学教授并出任周培源数学中心主任）。依据这一理论，旋臂是旋转的星系盘上恒星高密度区域的一种图案。

林家翘教授照片（源自网络）

与近邻星系不同，之前对早期宇宙的观测表明，星系的形状很可能是不规则的。恒星在宇宙早期拥有巨大的速度弥散，而这样剧烈的运动则会阻碍旋臂形成，所以天文学家广泛地认为高红移的漩涡星系在早期宇宙中很难形成。

然而，本次清华大学发现了一个位于早期宇宙的多旋臂星系，它形成于大爆炸后仅20亿年左右，距今114亿光年，宇宙学红移为z=3.06，利用爱因斯坦的引力透镜效应，结合詹姆斯韦伯高清的分辨率，研究人员发现了这个星系明显的旋臂结构，这是目前唯一一个在红移高于3的宇宙发现的螺旋星系，也是目前人类发现的最早期的多旋臂星系。这个星系被命名为A2744-DSG-z3。

研究人员发现，它处于一个极其致密的环境中，并且拥有巨量尘埃。这一星系的质量相当于百亿个太阳质量，并且每年新形成80个太阳质量的恒星。这一观测进一步表明，大旋臂可能是由于致密环境和星系间的并合触发。在宇宙早期，复杂系统中引入的更多引力扰动，有望加速旋臂结构的形成。该星系直径约为5.8万光年，接近我们银河系直径的一半。

相关研究成果“认证一个宇宙学红移为3.06的多旋臂漩涡星系”（The Identification of a Dusty Multiarm Spiral Galaxy at z = 3.06 with JWST and ALMA）于近日在线发表于国际权威期刊《天体物理杂志快报》（Astrophysical Journal Letter），得到了国际同行的广泛关注和国际社交媒体的广泛讨论。

清华大学天文系蔡峥教授为论文通讯作者，天文系2019级博士研究生吴昀荆为论文第一作者。合作单位包括美国亚利桑那大学、欧洲南方天文台、智利天文台等。

该研究得到科技部重点研发计划，国家自然科学基金委，清华大学科研院、实验室处等的支持。（供稿：清华大学）