早期星系外向内生长，颠覆恒星形成认知

科幻作品通常把我们银河系的边缘刻画成一片荒凉的落后区域

星系边缘明亮且繁忙，是活动中心，而核心却老化落后，如同穷乡僻壤

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）近期在早期宇宙中发现了一个距离超过 120 亿光年的小型星系，其核心充斥着较为古老、逐渐黯淡的恒星；所有炽热的新恒星的形成都出现在星系的边缘，而非核心，这就像是宇宙版的郊区扩张和逐渐衰败的市中心。这个古老星系从外向内的生长方式能够让我们知晓我们自己银河系的历史，以及它和宇宙其他部分的对比情况

剑桥大学天体物理学家桑德罗·塔切拉（Sandro Tacchella）和他的同事将他们的研究成果 发表在《自然·天文学》杂志上.

我们往往将宇宙中最早的星系想象成模糊的圆形、略带红色的光团，没有太多结构。但塔凯拉和他的同事们最近利用詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）发现，有一个星系在大爆炸后不到 10 亿年便已开始演变成更为复杂的形态。

“星系如何随时间演化是天体物理学中的一个重要问题，”塔凯拉在最近的一份声明中说。“通过观察不同时期的不同星系，我们或许能够重建其生长周期，并展示星系是如何发展到如今的最终规模的。”这一直是詹姆斯·韦布太空望远镜的主要科学目标中的一个。

与现代椭圆星系一样，这个古老的星系有一个核心，其中密集地分布着恒星，这些恒星在星系边缘逐渐稀疏。詹姆斯·韦伯太空望远镜的仪器测量了来自星系不同区域的光线光谱，塔凯拉和他的同事利用这些数据计算了恒星的年龄和质量。结果显示，密集的星系核心主要由较为古老、逐渐黯淡的恒星构成，而大多数活跃的新恒星所在区域则位于星系的郊区。并且那些繁荣的星系郊区增长速度极快，每 100 亿年星系质量就会翻一番。

（相比之下，我们的银河系仍在增长，但速度要慢得多；我们每 100 亿年质量才翻一番。塔凯拉和他的同事最近研究的这个星系质量仅为我们银河系的十万分之一，但它最终可能会赶上。）

在更近期、临近的宇宙中，星系以非常相似的方式成长；随着星系的成长，它的引力会从越来越远的地方吸引星系间的气体，恒星常常在星系边缘形成，因为那里有更多向内螺旋的气体。模拟预测古代星系应该以同样的方式成长，但天文学家从未见过这种情况发生。相反，天文学家只看到这些早期星系在早期宇宙拥挤的空间中通过相互碰撞而成长，剧烈地合并成更大的星系。但合并的情况似乎发生得不够频繁，难以解释早期宇宙中的那些小红斑是如何成长为如今巨大且复杂的恒星螺旋和圆盘的。

“星系与星系的合并会导致大量新恒星的形成，所以极其明亮且‘容易’被发现，”塔切拉告诉《Inverse》。“然而，我们认为这些合并是比较罕见的，大多数星系是通过吸积新鲜气体来成长的。然而，我们对此并不确定，尤其是在宇宙的这些早期时期。”

为了更深入地了解早期宇宙中的星系是如何生长并演变成我们如今所看到的样子的，塔凯拉和他的同事需要观察不止一个早期星系中的这一过程。这支天体物理学家团队已经在对来自其他几个星系的数据进行分析，比较它们核心和边缘新恒星形成的数量。

有可能在它们生命中的某个特定阶段之后，所有星系往往会有老化、破败的核心以及明亮、快速扩张的边缘区域。但也有可能星系在其核心和边缘区域之间交替形成新恒星——也许取决于星系中心的超大质量黑洞或附近可用的星系间气体量。

“问题在于，我们无法观测到这个特定星系随着宇宙时间的演变（我们得等上数百万年！），所以我们必须研究许多星系体系并探寻规律，”塔切拉说。