发现了观测史上最古老的、124亿年前宇宙中具有涡旋结构的银河
日本国立天文台报道
阿尔玛望远镜观测到的124亿年前的银河“BRI 1335-0417”。 在中心明亮部分的上下，可以看到涡旋结构。 ( Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO )，T. Tsukui & S. Iguchi )原始大小( 91KB )
根据利用阿尔玛望远镜观测数据的研究，在124亿年前的宇宙中发现了观测史上最古老的具有涡旋结构的银河。 在宇宙开始14亿年后这个较早的时代，发现了具有牢固涡旋结构的银河，这有可能成为解开银河形状是如何决定的，银河涡旋结构是何时形成的等天文学经典疑问的线索。
现在的宇宙中，存在着很多以银河为首，涡旋结构的“涡旋银河”。 另一方面，追溯宇宙的历史，其比例会变得很少。 100亿多年前的宇宙中也存在许多银河，但旋涡银河只有其中几个。 迄今为止的观测中发现的最古老时代的旋涡银河，大约是114亿年前的东西。 在比这个更古老的时代里，不存在螺旋银河吗？
此次研究是利用储存阿尔玛望远镜观测数据的档案库进行的。 研究小组关注并分析了124亿年前宇宙中存在的银河“BRI 1335-0417”，发现了结构紧凑明亮的中心部和从其两端伸出的两条手臂呈漩涡状。 这和中心部有膨胀的旋涡银河的特征很相似，叫做凸起。 另外，对银河中气体的运动进行了分析，结果还表明，与在旋涡银河中看到的模式非常一致。 涡旋结构的范围至少离中心约有1万5000光年，作为这个时代来说是个非常巨大的银河。在宇宙诞生后14亿年这样较短的时间内，BRI 1335-0417的涡旋结构是如何形成的，这是一个很大的谜。 BRI 1335-0417在明确银河在漫长的宇宙历史中会发生怎样的变化的研究中起着重要的作用吧。
阿尔玛原文
发现了观测史上最古老的、124亿年前宇宙中具有涡旋结构的银河综合研究研究生院大学的研究生津久井崇史和国立天文台/综合研究研究生院大学的井口圣教授，从阿尔玛望远镜的观测数据中，在124亿年前的宇宙中发现了观测史上最古老的具有涡旋结构的银河。 这相当于大爆炸14亿年后的时代。 此次观测到的被称为BRI 1335-0417的银河，大约是我们居住的旋涡银河——银河系的1/3。 在宇宙的历史中，如此早的时代就发现了具有牢固涡旋结构的银河，这一观测结果有可能为解决“银河的形状是如何决定的”、“银河的涡旋结构是何时形成的”这一天文学经典疑问提供线索。
阿尔玛望远镜观测到的，124亿年前的银河BRI 1335-0417。 观测到银河中所含碳离子发出的电波的图像。 在中心明亮部分的上下，可以看到涡旋结构。credit:alma (欧盟/北约/北约)，T. Tsukui & S. Iguchi
我们居住的银河是一个在中心孕育着巨大黑洞，聚集了数千亿颗星星、由气体和尘埃组成的星际物质、以及身份不明的暗物质等的天体。 银河系的星星和星际物质分布在漩涡状的薄圆盘状。 另外，银河中央部有许多由星星构成的“凸起”，构造略显膨胀。 宇宙中有各种形状的银河，而旋涡银河所占的比例高达70%。 旋涡银河在现代宇宙中是常见的存在，可以说是构成宇宙的基本天体。
银河系的模式图。 中心有星星聚集的凸起，其外侧有涡旋结构。加藤恒彦，4d2u项目，NAOJ，ALMA (ESO/NAOJ/NARO )
另一方面，随着宇宙的历史追溯，旋涡银河的比例急剧下降。 由于望远镜技术的发展，在100亿年以前的宇宙中也发现了巨大数量的银河，但其中旋涡银河只剩下几个。 那么，在138亿年的宇宙历史中，旋涡银河是什么时候形成的呢？ 迄今为止的观测中最古老的时代发现的旋涡银河，是距今大约114亿年前的东西。 那么，在更古老的时代里没有旋涡银河吗？作为综合研究研究生院大学物理科学研究科天文科学专业的研究生在国立天文台进行研究活动的津久井崇史和担任指导的井口圣国立天文台/综合研究研究生院大学教授，在积累了阿尔玛望远镜观测数据的数据档案中，关注了一个银河。 过去的观测表明，这个叫做BRI 1335-0417的银河存在于124亿年前的宇宙中[1]。 BRI 1335-0417是一个在红外线下极其明亮的银河，在远红外线区域的亮度可达太阳的10万亿倍。 强红外线表明，这个星系中恒星产生得非常活跃。 通过吸收大量制造的星星发出的光，银河内的尘埃会变暖，发出强红外线。 另一方面，由于大量的尘埃会遮挡星光，因此用可见光很难调查银河的结构。 艾玛望远镜观测到了作为星星材料的气体中的碳离子放出的电波。 这样可以调查在这个星系中心活跃的恒星形成活动和星系的结构。津久井等人分析了BRI 1335-0417的数据，发现了结构紧凑、明亮的中心部，在其两侧有两条手臂，类似涡旋状的结构。 这和中心有凸起的旋涡星系的结构很相似。 另外，以电波的多普勒效应为基础分析了这个银河的气体运动，明确了与在银河系这样的旋涡银河中看到的气体运动模式非常一致。津久井说:“在远方银河中如此清晰地旋转着的圆盘、涡旋结构、中心集中的质量结构的证据，在任何先行文献中都没有看到过，所以很兴奋。 看到了观测数据质量很好，像是附近的银河一样详细的样子。 ”。研究表明，BRI 1335-0417的涡旋结构从中心至少扩展到约15，000光年的距离。 据说银河的直径约为10万光年，因此此次观测表明，BRI 1335-0417的大小约为银河的1/3。 另外，根据气体的移动推测的BRI 1335-0417的质量，包括圆盘部分和凸起部分在内，为太阳质量的600亿倍左右。 另一方面，根据近年的观测，银河系的凸起和圆盘部分存在的星星和星际物质的总质量约为太阳的600亿倍到700亿倍。 津久井说:“BRI 1335-0417是距离非常远的天体，通过这次观测，我们不一定能看到银河的真正边缘。 作为宇宙初期存在的银河，可以说BRI 1335-0417是一个非常巨大的银河。”在宇宙诞生后14亿年这一比较短的时间尺度中，BRI 1335-0417的涡旋结构是如何形成的，这是一个很大的谜。 涡旋结构的成因有三种说法。 第一种说法是，由于这个银河与其他小银河相撞，银河圆盘上形成了波浪状的涡旋结构。 第二个原因是，它正处于与BRI 1335-0417同等规模的银河发生碰撞的过程中，银河的形状因此而被拉伸。 第三种说法是，BRI 1335-0417的中心形成了棒状结构，通过旋转在银河圆盘中形成了涡旋结构。 讨论这些的提示是，BRI 1335-0417活跃地形成星星的特征。 被认为在与同规模银河发生碰撞之后会爆炸性地生成星星。 但是，由于银河圆盘也被认为会被大幅搅乱，因此这与BRI 1335-0417具有整齐旋转的圆盘结构是矛盾的。 于是，分析气体的运动发现，在银河外侧，星际物质对重力不稳定，星际物质的云在重力的作用下容易收缩形成星星。 研究小组认为，由于外部供给大量气体容易出现这种状况，这暗示着气体可能是由于与小银河的碰撞而流入的。
另一方面，随着宇宙的历史追溯，旋涡银河的比例急剧下降。 由于望远镜技术的发展，在100亿年以前的宇宙中也发现了巨大数量的银河，但其中旋涡银河只剩下几个。 那么，在138亿年的宇宙历史中，旋涡银河是什么时候形成的呢？ 迄今为止的观测中最古老的时代发现的旋涡银河，是距今大约114亿年前的东西。 那么，在更古老的时代里没有旋涡银河吗？
用超级计算机模拟旋涡银河的形成。 大约在135亿年的时间里，小银河相继合并，成长为一个巨大的旋涡银河。 另外，这个影像是2007年制作的，不是为了再现这次的研究而进行的。Credit :武田隆显、额谷宙彦、斋藤贵之、国立天文台四维数字宇宙计划BRI 1335-0417今后将如何发展？ 迄今为止的观测表明，BRI 1335-0417是一个含有大量灰尘、活跃产生星星的银河。 远古宇宙中的这些银河被认为是现在宇宙中巨大椭圆银河的祖先。 也就是说，今后BRI 1335-0417可能会从圆盘型变为椭圆形。 或者与以往的想法不同，BRI 1335-0417可能会长期是具有涡旋结构的银河。 BRI 1335-0417将在揭示银河在漫长宇宙历史中的形态变迁的研究中发挥重要的作用。井口说:“我们居住的地球所在的太阳系位于银河系涡旋结构的手臂中。 追寻这样的涡旋结构是何时如何产生的，其根源，将成为探索我们太阳系是在怎样的环境下诞生的线索。 期待通过这个研究，进一步加深对银河形成史的理解。 ”。論文情報
该研究成果是作为“20多亿年前一个强烈形成恒星的盘状星系的螺旋形态”刊登在了2021年5月20日的美国科学杂志《科学》在线先行公开版上
“美国科学杂志”20多亿年前一个强烈形成恒星的盘状星系的螺旋形态。
摘要螺旋星系有独特的内部结构，包括恒星凸起、圆盘和旋臂。在宇宙历史中，这些结构是何时形成的还不得而知。我们分析了BRI 1335–0417的观测结果，它是遥远宇宙中一个强烈的恒星形成星系，红移为4.41。气体运动学显示，星系中心附近的速度急剧上升，并具有双臂螺旋形态，半径约为2至5千秒。我们将这些特征解释为由于中心致密结构，例如凸起；旋转气体盘；旋臂或潮汐尾。这些特征是在大爆炸后的14亿年内形成的，远在宇宙恒星形成的顶峰之前。
发现了观测史上最古老的、124亿年前宇宙中具有涡旋结构的银河
综合研究研究生院大学的研究生津久井崇史和国立天文台/综合研究研究生院大学的井口圣教授，从阿尔玛玛望远镜的观测数据中，在124亿年前的宇宙中发现了观测史上最古老的具有涡旋结构的银河。 这相当于大爆炸14亿年后的时代。 此次观测到的被称为BRI 1335-0417的银河，大约是我们居住的旋涡银河——银河系的1/3。 在宇宙的历史中，如此早的时代就发现了具有牢固涡旋结构的银河，这一观测结果有可能为解决“银河的形状是如何决定的”、“银河的涡旋结构是何时形成的”这一天文学经典疑问提供线索。
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