80亿光年外，有个恒星孵化场

星团是由巨大分子云中的重力坍缩形成的。分子云是星系中大量冷而致密的气体。银河系和邻近星系中这些分子云的物理特征早已为人所知。那么，分子云和80亿光年以外星系中的邻近星系是一样的吗？

以前人们认为巨大的分子云可能在所有星系中都有相似的性质，但是一项新的研究结果挑战了这一结论。一个国际团队第一次在遥远的星系观察到了巨大的分子云，称为宇宙蛇。通过分析，我们获得了与这些巨大分子云相关的一些物理性质，发现它们的物理性质与邻近星系的巨大分子云有很大的不同。最近，这项研究发表在《自然天文学》杂志上。

发现了完全不同的巨大分子云

宇宙蛇星系距离我们超过80亿光年。宇宙诞生时的年龄只有今天的三分之一。它被认为是银河系等大型星系的前身。天文学家已经以前所未有的90光年的分辨率探测到了许多这种巨大的分子云。

“过去，我们只能在彼此靠近的星系中观察到大小相似的巨大分子云。”中国科学院国家天文台星际介质与恒星形成组研究员吴静雯在接受《科学日报》采访时表示:“这项研究成果的意义在于，国际团队首次利用阿塔卡马大毫米/亚毫米射电望远镜阵列(ALMA)和引力透镜效应探测和区分了遥远星系中的巨大分子云。”

在此基础上，该团队计算了宇宙蛇中巨大分子云的相关物理性质。研究发现，遥远星系中巨大分子云的质量、密度和内部湍流比邻近星系高10到100倍。此外，遥远的星系产生更多的恒星，效率更高。像7500光年以外的舱底星云一样，这些宇宙蛇星系中的巨大分子云可以说是“恒星孵化区”

“这项研究的结果仍在我们的理解范围内，尽管遥远星系和邻近星系的巨大分子云之间有很大差异。”吴静雯说，事实上，相邻的相互作用星系和恒星暴增星系也会产生类似的现象。

然而，这项研究指出，这次观测的目标不是众所周知的相互作用星系或爆发星系，而是正常恒星形成中的盘状星系。这一结果指出，早期宇宙中正常星系中的巨大分子云可能与我们在邻近宇宙中看到的大不相同，但更接近于邻近星系中的相互作用星系或星暴星系。吴静雯解释说，相互作用的星系是被彼此的引力俘获的星系。通常，星系会在相互作用中融合，引发气体压缩和爆发式恒星形成，这被观察为爆发星系。目前，一些理论已经提出，分子云的形成和其中恒星的形成在宇宙中不是静态的，而是会受到它们所处环境的强烈影响。这一最新观察结果是对这一理论的有力支持。

看到远处“房子”的砖块

本研究的突破点在于团队使用的观察方法。如前所述，研究小组利用引力透镜效应和ALMA来观察宇宙蛇。

重力透镜被称为天然望远镜。由于大质量天体附近的光线弯曲，观察者可以看到被大质量天体阻挡的光线，就像在观察者和天体之间放置一个透镜一样。“有了这种效应，部分遥远的星系将会在天空中展开，使我们能够以前所未有的分辨率研究遥远的星系。”该论文的第一作者米洛斯拉夫·德桑格斯说。

“阿尔玛是亚毫米望远镜的巨人，可以用来观察分子云、尘埃、一氧化碳等。在非常遥远的星系里。”吴静雯说，研究小组已经通过一个巨大的望远镜阵列获得了相当高的观察能力，从而可以看得更远更深。

如果我们把遥远的星系比作一所房子，我们只能从远处看到整个房子。利用引力透镜和ALMA，我们可以区分积木——巨大的分子云。

那么，研究小组是如何知道这座离我们很远的房子的性质的呢？

“关键是ALMA能观察到星系中的一氧化碳，而一氧化碳是整个星系中分子气体的示踪剂。”吴静雯解释说，氢分子和一氧化碳在星系中均匀混合，并以一定比例凭经验共存。因此，通过观察一氧化碳在星系中的分布范围、谱线轮廓和辐射强度，可以估计出与该星系相对应的一些物理性质。

然而，这项研究仍有许多未解之谜。

“分子云中寒冷而稠密的分子云核是大规模恒星的真实位置。这些分子云核需要用辐射密度低得多的气体探针——一些特殊的分子气体——来探测。这些巨大分子云中恒星形成的高效率可能是由于外部环境的影响，这些巨大分子云中的致密气体含量变得非常高。然而，目前的观测条件不足以观测和区分来自遥远星系的稠密气体发射吴静雯说，恒星是如何在如此高的内部湍流环境中形成的？周围环境如何影响大质量恒星的形成？这些问题的答案需要进一步的研究才能揭晓。