早期的宇宙是什么模样？星系的演化怎样进行？一项最新科研成果为我们提供了全新的视野。中国科学院紫金山天文台联合法国替代能源与原子能委员会巴黎—萨克雷大学中心、日本东京大学科维理宇宙物理学与数学研究所，通过对遥远星空的观察，基于大样本亚毫米波观测数据的合作研究，首次发现早期宇宙星暴星系中心，通过强烈的恒星诞生活动直接形成原位核球的确凿证据，开启了对宇宙星系形成过程的全新理解。该成果于12月5日在线发表于国际顶级期刊《自然》。

当我们遥望星空就会发现，宇宙中的星系依形态大致分为两类：有明显旋臂结构的盘状旋涡星系，以及整体呈近圆形或椭圆形且中心亮、边缘渐暗的椭圆星系。但无论形态如何，大多数星系中心都有一个恒星密集区域——核球，例如银河系的“银心”，其体积和质量大小，不仅决定了星系的形态，还蕴藏着宇宙演化的秘密：核球结构是通过星系与星系的“并合”形成的，还是星系吸收“养料”不断“长大”形成的？在此前，星系形成与宇宙演化理论研究普遍倾向于前者，但从观测上验证这些理论仍是一大挑战。

论文通讯作者、紫金山天文台副研究员谈清华介绍，研究人员通过主要基于阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波干涉阵档案数据自动挖掘项目获得的高空间分辨率、高灵敏度数据，系统精确地测量了一批亚毫米波辐射非常明亮的早期宇宙大质量星系的尘埃连续谱分布特征。这些星系距离地球非常遥远，光的传播需要走过漫漫长路，以至于现在传到地球上的星光是它们在80至120亿年前发出的——这样，我们就能坐上“时光机”回看宇宙形成初期的模样，那时大量恒星正在诞生，经历着大规模恒星形成活动。

“在如此遥远的距离外，设备的观测信号十分微弱，我们通过观测质量和亮度最大的核球，就能够对整个星系‘窥一斑见全豹’。”谈清华告诉记者，研究团队通过统计分析发现，早期宇宙中恒星大量诞生，导致星系中心区域恒星质量的快速积累，逐渐聚集形成核球。这些因大规模恒星形成而被称为“星暴星系”的核球是怎样“长大”的？科研人员采用先进的宇宙流体动力学模拟的结果显示，早期宇宙普遍存在的冷气体吸积流入和星系之间的相互干扰，带来的充足“养料”为恒星发育提供了“生态土壤”，进而促进了星系的大量形成、迅速聚集以及核球的原位“长大”。

据介绍，这项研究通过亚毫米波段的独特视角，结合创新的分析技术，为探究早期宇宙星暴星系核球结构的形成及演化提供了重要的观测证据，并为当前宇宙中椭圆星系的形成机制研究带来新启示，有望重新定义星系形成机制，对宇宙形成和演化的理论研究产生深远影响。