史上最快旋转的古老星系，颠覆宇宙演化认知？

破纪录的古老旋转星系挑战宇宙演化理论

‘看到一个和我们的银河系如此相似、以旋转为主的星系，颠覆了我们对早期宇宙中的星系如何演化为今天有序宇宙的认知’

目前观测到最遥远、最早期的旋转盘状星系让天文学家大感意外，并有颠覆现有的星系演化理论的可能。它不仅在宇宙早期就已高速旋转（按理不该如此），还展现出类似银河系等高度演化的“现代”星系的螺旋臂特征。

这个被命名为REBELS-25的星系，其观测状态对应于大爆炸后仅7亿年的时期。按照天文学家的预测，那时的星系应该规模较小且结构混乱。然而，这颗“叛逆”的星系打破了这一规律，呈现出井然有序的状态而非杂乱无章。

REBELS-25是由一组天文学家利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）发现的，该阵列由66台射电望远镜组成，位于智利北部的阿塔卡马沙漠地区。

星系REBELS-25是目前观测到最遥远、最早期的旋转盘状星系。（图片来源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Rowland等）

“根据我们对星系形成的理解，大多数早期星系规模较小、结构混乱，”团队成员、荷兰莱顿大学天文学家Jacqueline Hodge在一份声明中表示。

一位整洁的年轻叛逆者

像银河系这样的现代星系，在已有138亿年历史的宇宙中经历了数十亿年的演化，才发展出独特的形态和特征，例如鲜明的螺旋臂。

在早期宇宙中，尚未有足够的时间形成有序的星系，天文学家预计会看到杂乱无章、团块状的星系。这些早期星系预计在数十亿年的碰撞和合并，逐渐发展出现代星系的形态，像盘状结构和螺旋臂这样的特征也是在极其缓慢的过程中形成的。

REBELS-25的发现使人对这一时间尺度产生了怀疑，因为它发生在宇宙年龄仅为当前年龄的5%时。

“看到一颗与我们银河系如此相似、以旋转为主导的星系，挑战了我们对早期宇宙星系如何快速演化为今天宇宙中有序星系的理解”，研究团队负责人、莱顿大学的Lucie Rowland在同一份声明中表示。

通过ALMA观测到的REBELS-25星系中冷空气的运动。蓝色表示向地球移动，红色表示远离地球，较深的色调表示更快的运动。在这种情况下，图像中的红蓝分界清楚的显示该天体在旋转，使得REBELS-25成为有史以来发现的最遥远的旋转盘状星系。（图片来源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Rowland等）

当天文学家首次通过ALMA发现REBELS-25时这颗星系就因其旋转迹象而备受关注。然而，最初观测分辨率不足以确认它是迄今为止发现的最遥远、旋转最强的星系。

为了更精确地揭示这颗早期星系的结构和运动，研究团队继续使用ALMA对其进行观测，这此采用了更高的分辨率。这次的观测显示，REBELS-25中的气体既朝向地球移动，也远离地球。之所以能够观察到这种现象，是因为红移或者蓝移效应的存在。

当光源朝向地球移动时，光的波长会被压缩。这使得光的波长向电磁波谱的短波长“蓝端”移动。因此，朝向我们运动的光源会出现“蓝移”。相反的，如果光源远离我们运动，它发出的光波会被拉长，导致光的波长向电磁波谱的“红端”移动。

这项新的研究确认，REBELS-25是一颗创纪录的星系，它是迄今为止发现的最早、最遥远、旋转最强的星系。

“ALMA是目前唯一具备足够灵敏度和分辨率来实现这一观测的望远镜，”团队成员、英国利物浦约翰逊摩尔大学的Renske Smit在同一份声明中表示。

REBELS-25似乎还有更多未完全揭示的惊喜。例如，这颗早期星系呈现出与大约136亿年历史的银河系相似的特征。其中包括一条延伸的“中央条状星系”，并且有迹象表明它甚至可能拥有螺旋臂。如果这一猜测成立。REBELS-25将打破另一个记录：成为有史以来最遥远、最早的螺旋星系。目前的纪录保持者是cheers-2112，是詹姆斯韦布太空望远镜（JWST）在宇宙约21亿年观测到的。