計算機模型揭示了宇宙中最大最亮的星系是如何形成的

在遙遠的宇宙深處，有巨大的發光星系，本質上就是恆星農場。我們的家，銀河系，每年產生一到兩顆新恆星，但是這些星系每年產生超過1000顆新恆星。到目前為止，他們是如何做到這一點的一直是個謎。...

在遙遠的宇宙深處，有巨大的發光星系，本質上就是恆星農場。我們的家，銀河系，每年產生一到兩顆新恆星，但是這些星系每年產生超過1000顆新恆星。到目前為止，他們是如何做到這一點的一直是個謎。

根據發表在《自然》雜誌上的一篇論文，這些古老的星系因其可見的紅外波長而被稱為亞毫米星系（SMG），它們在數百萬年的時間裡不斷積累氣體。計算機模擬顯示，這種氣體被推到星系邊緣，成為許多新恆星形成的主要成分。

這些巨大的發光星系本質上就是恆星農場

這些發現有助於解釋SMG是如何如此迅速地湧現出新星的。SMG被認為是在大爆炸後不久形成的。這讓科學家們很困惑，因為星系長到這麼大通常需要很長時間。沒有人知道，在宇宙如此年輕的時候，這些星系是如何**了這麼多恆星的。”哈弗福德學院天文學助理教授德西卡·納拉亞南（Desika Narayanan）說：“我們希望我們現在有了一個模型，可以解釋20年來相當神祕的天體物理來源。”。

在這項研究之前，主要的理論是SMG是兩個星系合併的結果。它解釋了星系如此明亮的原因：恆星數量增加了一倍。”這或多或少是一個普遍的觀點，但它也有一些棘手的問題，“納拉亞南說。首先，天文學家觀測到的星系合併往往只在相對較短的時間內明亮——只有數千萬年。SMG比它亮10倍。此外，星系合併往往導致相對緊湊的星系，而SMG是10倍大的典型合併。

為了弄清SMG的來源，Narayanan和他的團隊模擬了宇宙大爆炸20億年後星系的形成過程。他們用計算機再現了早期宇宙的一小塊，展示了它如何在數百萬年的時間裡成長和進化。模擬考慮了各種物理方程——比如與重力、流體流動、恆星如何演化等有關的方程。”納拉亞南說：“你把這個放在電腦模擬中，然後按go，看看會發生什麼。”透過這樣做，我們追蹤形成的星系，最後我們得到了一些模型星系。”

氣體如何在“亞毫米星系”中流動的模擬

起初，很難知道這些星系是什麼樣子的；天文學家所掌握的一切都是這些天體的物理特徵，比如它們的基本溫度或速度。他們不知道星系中有多少恆星，也不知道它們有多亮。為瞭解決這一問題，納拉亞南應用了一種被稱為輻射傳輸程式碼的方法，它模擬了光如何流過星系。這照亮了星系模型，顯示其中一些足夠明亮，可以成為SMG。

光的運動也表明瞭SMG是如何創造出如此多的新星的。因為SMG的質量如此之大，它有巨大的引力，從周圍的星系際空間吸引了大量的氣體。這些氣體被拉進星系，然後被所有恆星發出的光向外推回。這是一種被稱為反饋的相互作用，光對液體施加推動壓力。這一過程導致氣體在銀河系邊緣緩慢積聚，就像一個成分庫，SMG可以利用它來形成新的恆星。

當星系的質量足夠吸引氣體時，它們似乎就變成了SMG

納拉亞南說：“當星系的質量足以吸入這種氣體時，它們似乎就變成了SMG。”。然後，他們進入這個反饋迴路，讓他們不斷地填滿他們的氣層。”有可能所有這些質量的星系都會變成亞毫米星系，如果這是真的，那麼這些數字的計算結果正好與實際觀測到的有多少人的豐度相匹配，”納拉亞南說。

這些模型提出的解釋令天文學家滿意。”德克薩斯大學的天文學家凱特琳·凱西（Caitlin Casey）沒有參與這項研究，他說：“在宇宙學模擬中，我們可以形成宇宙中最極端的星系之一，這實際上相當準確地描述了像我這樣的觀察者在望遠鏡前看到的景象。”。當然，這些仍然只是計算機模擬。伊利諾伊大學的天文學家Joaquin Vieira希望，智利北部的Atacama大型毫米波陣列（ALMA）天文臺收集的資料可以進一步驗證這些模型。

有了更多的資料，我們就可以更好地瞭解宇宙中這些罕見的天體，它們能放出那麼多恆星。