科學家原以為，在宇宙早期誕生新恆星速度最快的「怪獸星系」，都是因星系碰撞引發劇烈誕星活動。然而最新觀測顯示，一些看似平靜的星系，其實靠自身結構與宇宙氣流的滋養，在沒有合併的情況下也能自行掀起恆星誕生風暴。來自111億年前的星系 J0107a，正是其中最具代表性的例子。
在遙遠的早期宇宙，超過一百億年前，有許多被稱為「怪獸星系」的天體，就像宇宙中的超級工廠，每年誕生恆星的速度是銀河系的一百倍以上。如今雖然仍有少數星系具備這種爆發力，但通常是因為與其他星系碰撞所引起。基於這樣的觀察，天文學家一直認為這類激烈的星系，多半是由碰撞導致大量氣體湧入核心，就像火爐裡添柴一樣，點燃了誕星熱潮。等到氣體用盡，星系就會冷卻下來，變成龐大但沉靜的橢圓星系。然而，詹姆斯・韋伯太空望遠鏡透過紅外線觀測，發現不少早期怪獸星系長得竟然像今天常見的盤狀星系，外型完整又規則，和曾經歷過碰撞的樣貌截然不同。這讓人產生新疑問：這些看似安靜的星系，為什麼內部會如此熱鬧？
其中一個引人注目的例子，是名為 J0107a 的星系。它的光來自111億年前，相當於宇宙年齡還不到三十億年時的樣貌。這個星系不僅質量是銀河系的十倍，誕星速度更高達三百倍，而且還擁有一個結構完整的棒旋外型。棒旋結構是指螺旋星系盤面中央的一道橫桿，看起來和我們的銀河系非常類似。像這樣規模龐大、形狀成熟的星系，在宇宙早期出現實屬罕見。
左圖為韋伯太空望遠鏡拍攝的近紅外線影像，J0107a 是出現在前景星系 VV114 影像中的一小塊背景天體。右圖為放大後的 J0107a，顯示其盤狀與棒旋結構。 credit: NASA, ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), Huang et al.
研究團隊進一步用 ALMA 電波望遠鏡觀測它的氣體分布，發現不只外型類似銀河系，連氣體的流動模式也高度相似。但這裡出現了最令人震驚的差異：銀河系中央的棒狀結構中，氣體只佔總質量的一小部分；但在 J0107a，這條橫桿像塞滿燃料的水管，內含氣體高達整體的一半。它就像一條強力攪拌棒，讓氣體在星系內奔流，有些甚至流入核心，引發劇烈的恆星誕生。這種由星系自身結構驅動的恆星誕生風暴，過去從未被觀測過。
左圖為韋伯太空望遠鏡拍攝的 J0107a 近紅外線影像，下方的兩個星系為其他前景天體。右圖為 ALMA 電波望遠鏡觀測到的 J0107a 分子氣體分布，顯示氣體集中在旋轉棒狀結構的前端，並朝星系中心匯聚。 credit: NASA, ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), Huang et al.
這是天文學首次直接觀測到：在宇宙早期，一個星系不是靠碰撞，而是靠自己內部的棒狀結構，就能引發如此強烈的恆星誕生活動。而且這個星系不是短暫現象，它在當時的宇宙中已穩定存在，外表看似平靜，內部卻像一座火力全開的恆星工廠，挑戰了我們對怪獸星系的既有認識。
雖然研究人員沒有發現 J0107a 曾與其他星系合併的證據，但卻偵測到它周圍有一個超大的氣體盤，直徑約十二萬光年，是星系本體的兩倍大。這些氣體與星系同步旋轉，可能是來自宇宙大結構「宇宙網」的氣體流，沿著路徑匯入星系，就像從遠方注入的冰冷溪流。這類氣體流動被稱為「冷流」，為星系提供源源不絕的燃料。
總結來說，J0107a 呈現了一種新的怪獸星系樣貌：它不是靠撞擊長大，而是從宇宙氣流中不斷吸收養分，成長為盤狀星系，接著在體內發展出棒狀結構，帶動整個星系的氣體翻攪與恆星誕生爆發。未來，天文學家將持續深入研究這顆神祕的早期星系，揭開更多宇宙演化的線索。（編譯 / 段皓元）
資料來源：ALMA
本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。
