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宇宙早期，大质量星系是如何形成演化的？气体如何流入星系，流入的气体如何驱动恒星形成？5月5日，清华大学天文系发布的研究成果为理解星系生态系统及星系演化迈出重要一步。

记者获悉：清华大学天文系团队通过全波段数据，直接探测到早期宇宙中星系周围气体进入星系的详细过程，证实了重元素丰度较高的“循环内流”是驱动星系恒星形成的关键。相关研究成果于5月5日以长文形式在线发表于《科学》杂志。

图1： 气体进入星系细节，揭开大质量星系恒星形成之谜

据介绍，星系吸积星系外气体形成恒星的详细过程，一直是天体物理学研究的热点。清华大学天文系副教授蔡峥团队利用目前世界上最大的光学望远镜“凯克”，对距今110亿年的一个巨大的气体星云进行了观测，利用成像光谱仪“宇宙网成像器”成功探测到星系周围气体的氢元素以及多种重元素辐射，并进一步估计出重元素的大尺度空间分布。“这也意味着在宇宙早期，星系周围气体已经富含重元素。”蔡峥说。

蔡峥介绍，通过进一步的光谱和数值模拟分析发现，这些富含重元素的电离气体极为可能是早先被星系中心的活动星系核喷射到星系周围，通过复合辐射、禁戒跃迁辐射等过程冷却下来，在引力和环境角动量共同作用下，重新回流入星系，形成“循环冷气体流”。对观测到的气体动力学建模进一步表明，循环气体流是朝星系流入的，可以促进和维持恒星形成活动。

据介绍，本次发现对星系如何与大尺度环境进行物质交换提供了清晰的图景，表明“循环气体流”是驱动早期宇宙大质量星系形成的重要机制。该发现为理解星系生态系统、星系形成和演化迈出了关键的一步。

图2： 气体的内流与循环内流和星系形成紧密相关

“未来，结合更大口径、更大视场的光谱巡天望远镜，将有望揭示星系中恒星形成的全貌。”据悉，清华大学正筹备在青海冷湖赛什腾山建设一架口径6.5米的宽视场（光谱）巡天望远镜（MUST）。

本项研究成果得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、清华大学等单位的支持。合作单位包括日本早稻田大学、德国马克斯—普朗克研究所、加州大学、浙江大学、普林斯顿大学、犹他大学、广州大学、北京大学、厦门大学、深圳技术大学、亚利桑那大学、中国科学院国家天文台、上海天文台、青海大学等。