大质量星系成长的新发现

靠近星系团中心的巨大星系是如何长大的？在射电干涉仪的帮助下，天文学家们发现了一个原因：星系成长吞噬的养料取自星系团中的巨大气体海洋。

目前最为广泛接受的星系演化理论认为，宇宙中大型星系的诞生和成长是基于等级制度原则的。相邻的较小星际物质首先互相融合变得较大，而后被更大的星系吸收合并。因此大质量星系的诞生既是相融，也是吞并。

星系团由数以百计的互有引力的星系集合而成。观察显示，宇宙中椭圆形星系占据优势。 相对星系间的空隙来说他们在星系团当中分布密度较高，因此环境的物理过程起到了决定性的作用：星系的演化会因此加速。星系团因而成为检验大质量星系诞生和演化理论的理想的实验室。

中央星系MRC1138-262，因其外形又名蜘蛛网星系，在大爆炸后大约31亿年开始发出光芒，它所在的星系团被命名为蜘蛛网星系团。这个星系团还处于刚诞生的时期：那里既没有椭圆星系，也没有星系系统，暗物质，星系团中炽热的气体以及星际介质自由多样。遵从维里定律（见表格）。这样的星系团被称为原始星系团。蜘蛛网星系是一个对于等级制度成长模型具有说服力的例子。

为什么称之为蜘蛛网星系？

星系就像蜘蛛。它占据了大量的恒星、分子和离子气体——这些就像它的网。它置身于星系团，也就是一群星系中——而这些就如同被捕食的苍蝇。

蜘蛛网星系有一个活动的星系核（active galactic nucleus, AGN）。人们在星系中心发现一个质量极大的黑洞。它在射电波段特别的活跃，这样的星系也被人们称作射电星系。蜘蛛网星系位于星系团的中心，许多的卫星星系围绕在它的周围。通过同类相食——合并附近较小的星系，蜘蛛网星系会渐渐演化成一个椭圆星系。在这样的演化下，星系内每年大约会诞生千倍大阳质量的恒星。相比较我们的银河系每年诞生的恒星只有1-5倍太阳质量。

观察发现这个星系和它的周围具备整个电磁频谱中最好的观察条件，因此非常适合于早期宇宙中星系演化的研究。

新的观察

在2011年11月到2015年2月这段时间中，我们和来自西班牙、发过、荷兰、美国和澳大利亚的研究者们，共计花费100个小时，在无线电波段观测蜘蛛网星系。我们的目标是证实星系中恒星诞生必需的燃料—氢分子—的存在，并且计算出其范围。观察的结果我们发表在了学术期刊《科学》上。

为了我们雄心壮志的研究课题，我们使用了两台射电望远镜。它们分别是澳大利亚的致密望远镜阵列（ATCA）和美国的甚大天线阵（VLA）。虽然这两台望远镜都有射电干涉仪，但因其建造方式和设计而互补。ATCA的分辨率能达到5角秒，由此观测得出目标的星系团大约距离我们130000光年。VLA的分辨率能高达0.7角秒。ATCA的优点在于能在大尺度上了解目标的结构，而像VLA，或是ALMA（阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列），这些拥有更高分辨率的射电干涉仪对于局部的观测来说更好。

我们用两台射电干涉仪在一氧化碳光线下观测星系团，在这个波段下更容易分辨氢分子。用ATCA我们发现了一个直径约200000光年的气体团。气体分子几乎遍布整个星系，在这个区域内还发现了一些较小的卫星星系。在VLA的辅助下我们只看到了大约三分之一的气体集中在蜘蛛网星系的中心附近。对此，我们还使用了哈勃空间望远镜拍摄了影像并得到了出乎意料的发现：大量的恒星诞生所需的原料并没有在附近的星系中被发现，相反而是在星系中。

这两台射电干涉仪在分辨率上能力互补，它们的配合使用为我们惊人的决定性的发现创造了可能：我们工作的主旨是证明，巨型星系有可能不是通过同类相食演化而来的。

至今为止我们认为，早期宇宙中的那些超级星系是通过融合小星系组成的，就像我们在附近的宇宙中观察到的一样。然而蜘蛛网星系却在庞大的冷却的气体海洋中。这些气体总共大约有1000亿倍太阳质量。

我们知道氢分子相对于一氧化碳的含量，由此能计算出氢分子的质量。一氧化碳是恒星内部反应的副产物。但是我们仍然不知道这些冷却气体是如何聚集起来的，是如何存在在这样一个原始星系团中的。在接下来的几年里，我们会继续研究，找出它们的秘密。

文章来源  《Sterne und Weltraum》