原星系团SPT2349-56的艺术家图展示了不同形状和大小的相互作用星系，以及被潮汐力撕裂并加热的橙色气体。图：N.Sulzenauer
“早期宇宙的巨型椭圆星系”——MPIfR团队利用 ALMA 揭示宇宙 14 亿年后星系团的快速崩塌与合并过程
国际合作团队在《天体物理学期刊》最新一期发表的研究中，首次在距离宇宙大爆炸仅 14 亿年的星系团 SPT 2349‑56 内观测到千亿级的星系合并与星际潮汐结构，为解释早期宇宙中大质量椭圆星系的惊人早期形成提供了关键证据。
一. 研究背景问题：数十年前，天文学家就惊讶地发现，早期宇宙中已出现大质量、成熟的椭圆星系——其星际物质已极少，新星形成几乎停止。
挑战：传统的层级结构形成模型预期，星系应在数十亿年内通过小星系合并慢慢成长，而非在数亿年内快速形成。
二. 主要发现观测对象：星系团原型 SPT 2349‑56（位于南方星座 Phoenix），距离我们仅 1.4 十亿年。
观测手段：利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米光学阵列（ALMA）对中心的冷气体、尘埃以及 158 µm 逸出碳（C II）线进行高分辨率成像。
核心结构：
四个星系共轭相互作用，每 40 分钟就诞生一颗新星——比银河系当前星生成速率快 7‑8 倍。
这四星系同时以 300 km s⁻¹ 的速度拉伸出巨大的潮汐臂，覆盖面积远超银河系。
潮汐臂在亚毫米波段呈现强烈辐射，其亮度因激发的碳离子被冲击波增强约十倍。
通过 C II 线的光谱测定，团队精确绘制出潮汐臂中气体的运动轨迹，形成“环形丝线”状结构。
在外层，潮汐碎片与另外 20 颗碰撞星系相连，揭示了连锁式并合的开端。
时间尺度：核心中 40 颗富含气体的星系预计将在 300 百万年内被破坏、合并并最终转化为单一的巨型椭圆星系——这一过程在宇宙时间尺度上相当于“眨眼”般的短暂。
三. 重要意义加速椭圆星系形成：证实“快速崩塌+核心合并”模式——大质量星系可在数百百万年内从原始结构中迅速凝聚。
星际物理：潮汐臂与合并冲击波将冷气体压缩并加热，产生强烈的碳离子辐射，成为探测早期星系团的重要窗口。
重元素循环：合并过程中产生的冲击波和超大质量黑洞的生长所引起的气体加热，为碳等重元素的加热与传播提供了新解释。
“在宇宙的层级增长框架下，一些巨型椭圆星系的形成方式与我们以往的认知截然不同，”Nikolaus Sulzenauer（MPIfR 博士研究员，波恩大学）指出。
四. 观察与数值模拟成员
角色
关键发言
Axel Weiß
Max Planck 研究所 Radio Astronomy，参与原始发现
“SPT 2349‑56 目前是已知星系团中最活跃的恒星工厂。”
Ryley Hill
加拿大英属哥伦比亚大学（UBC）
“在中心，四颗星系相互作用，平均每 40 分钟就形成一颗新星。”
Duncan MacIntyre & Joel Tsuchitori
UBC 本科生，进行数值模拟
“模拟结果与观测高度吻合，展示了大规模合并如何加速椭圆星系的组装。”
Scott Chapman
达尔豪斯大学
“虽然我们获得了快速组装的新视角，但合并冲击、黑洞引力与星际燃料之间的交互仍是巨大谜题。”
五. 研究方法ALMA 高分辨率成像：对 158 µm C II 线的强度进行测绘，揭示星际潮汐臂与星系中心的关系。
APEX 与 APEX PathFinder：在同一星系团内先前检测到的强烈亚毫米辐射。
数值模拟：团队利用高分辨率粒子/气体代码重建星系团崩塌及连锁合并过程，验证观测结果。
六. 后续计划进一步观测：将继续追踪 SPT 2349‑56 的气体动力学，确认潮汐臂与外部 20 颗星系的确切连接与合并进程。
公开数据：所有 ALMA 观测数据将通过 MPIfR 与 ALMA 公开门户向全球科研社区开放，鼓励独立分析与多学科合作。
“我们期待后续观测进一步阐明这颗星系团的合并史与早期椭圆星系形成的细节，”Karen Perez（MPIfR，波恩大学博士研究员，论文第一作者）表示。
七. 结语此项研究为早期宇宙中大质量星系的“快速出生”提供了最直观、最完整的观测与模拟证据，深刻推动了宇宙结构形成理论的更新。若能进一步验证这些结果，将为理解宇宙早期星系与星系团演化的“黄金期”开启新的篇章。
勇编撰自论文"Bright [C II]158 μm Streamers as a Beacon for Giant Galaxy Formation in SPT2349-56 at z = 4.3".The Astrophysical Journal.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。