世界上最大的射电望远镜发现了早期宇宙中的巨大旋转盘

（单击图像可查看全图。）艺术家对沃尔夫圆盘的印象，沃尔夫圆盘是尘土飞扬的早期宇宙中巨大的旋转圆盘星系。该星系最初是在ALMA检查距离较远的类星体发出的光时发现的（左上方）。

在拥有138亿年历史的宇宙中，大多数银河系（如银河系）逐渐形成，并在相对较晚的时候才达到了它们的大质量。但是，用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列（ALMA）所发现的巨大旋转圆盘星系的新发现，挑战了宇宙仅占其当前年龄的百分之十的时候，对传统的星系形成模型提出了挑战。这项研究于2020年5月20日发表在《自然》杂志上。

星系DLA0817g，是已故天文学家亚瑟·沃尔夫（Arthur M. Wolfe）的昵称，是沃尔夫圆盘，是有史以来观测到的最遥远的旋转盘星系。ALMA无与伦比的力量使我们有可能看到这个星系以每秒170英里（272公里）的速度旋转，这与我们的银河系类似。

“尽管先前的研究暗示了这些早期旋转的富含气体的盘状星系的存在，但是由于有了ALMA，我们现在有明确的证据表明它们早在大爆炸之后的15亿年就已经出现，”马克斯·普朗克的主要作者马赛尔德国海德堡天文研究所。

Wolfe磁盘是如何形成的？

沃尔夫圆盘的发现为许多星系形成模拟提供了挑战，这些模拟预测，在宇宙演化的这一点上，大型星系是通过较小星系和气体团块的多次合并而增长的。

“我们在宇宙早期发现的大多数星系看起来像火车残骸，因为它们经历了一致且经常是'暴力'的合并，” Neeleman解释说。“这些热合并使我们很难像我们在当前宇宙中观察到的那样，形成秩序井然的冷转盘。”

沃尔夫磁盘的ALMA无线电图像，是在宇宙仅占其当前年龄的百分之十时看到的。

在大多数星系形成场景中，星系仅在大爆炸后约60亿年后才开始显示格式良好的圆盘。天文学家在宇宙仅占其当前年龄的百分之十时就发现了这样的盘状星系，这一事实表明，其他增长过程必定占据了主导地位。

加州大学圣克鲁斯分校的作者J. Xavier Prochaska说：“我们认为沃尔夫圆盘的增长主要是通过稳定增加冷气来实现的。”“不过，仍然存在的问题之一是如何在保持相对稳定的旋转磁盘的同时组装如此大的气体。”

恒星形成

该小组还使用了美国国家科学基金会的卡尔·詹斯基超大型阵列（VLA）和美国宇航局/欧空局哈勃太空望远镜来了解有关沃尔夫圆盘中恒星形成的更多信息。在无线电波长中，ALMA观察了星系的运动以及原子气体和尘埃的质量，而VLA则测量了分子质量（形成恒星的燃料）的数量。在紫外线的照射下，哈勃观察到了巨大的恒星。Prochaska解释说：“沃尔夫圆盘中的恒星形成率至少比我们自己的银河系高十倍。”“它一定是早期宇宙中生产力最高的盘状星系之一。”

用ALMA（右-红色），VLA（左-绿色）和哈勃太空望远镜（两个图像-蓝色）观察到的沃尔夫圆盘。在无线电波中，ALMA观察了星系的运动以及原子气体和尘埃的质量，而VLA则测量了分子质量。在紫外线的照射下，哈勃观察到了巨大的恒星。VLA图像的空间分辨率低于ALMA图像，因此看起来更大且像素更多。

Wolfe磁盘是ALMA在2017年首次发现的。尼尔曼和他的团队在检查来自更遥远类星体的光时发现了银河系。类星体发出的光通过银河周围大量的氢气时被吸收，这就是它自身的显示方式。天文学家不是从极明亮但更稀有的星系中寻找直射光，而是利用这种“吸收”方法在早期宇宙中找到了较暗的和更多的“正常”星系。

“我们使用这种方法发现了沃尔夫圆盘，这一事实告诉我们它属于早期存在的正常星系种群，”内勒曼说。“当我们对ALMA的最新观测令人惊讶地表明它正在旋转时，我们意识到早期的旋转盘状星系并没有我们想象的那么稀有，并且应该有更多的旋转星系。”

美国国家科学基金会天文计划主任乔·佩斯切说：“这一观察概括了我们如何通过ALMA对射电天文学的先进敏感性来增强对宇宙的理解。”“ ALMA使我们几乎可以通过每次观察得出新的出乎意料的发现。”

这项研究发表在《自然》杂志上，题为“大爆炸后十五亿年的冷，大质量旋转磁盘”。

阅读有关大爆炸仅15亿年后天文学家质疑形成模型的大量银河系发现，有关此发现的更多信息。

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参考：“大爆炸后15亿年后的冷，大质量旋转磁盘”，作者：马塞​​尔·内勒曼（Marcel Neeleman），泽维尔·普罗卡斯卡（J. Xavier Prochaska），尼西姆·卡内卡（Nissim Kanekar）和马克·拉斐尔斯基（Marc Rafelski），2020年5月20日，Nature.DOI：
10.1038 / s41586-020-2276-y

国家射电天文台是美国国家自然科学基金会的机构，由美国联合大学（Associated University，Inc.）共同合作经营。