星系團是檢驗星系形成和宇宙大尺度結構形成理論的獨特實(shí)驗室，其大質(zhì)量成員星系的主體星族形成于近百億年前的高紅移(z>2)原星系團（protoclusters）。星系團在形成過(guò)程中不斷從宇宙網(wǎng)中吸積物質(zhì)，理論預期在星系團外圍過(guò)渡區域會(huì )形成激波，有效增強氣體聚集甚至星系并合，從而觸發(fā)大規模的星暴活動(dòng)。找到星系主體星族具體在星系團中何處形成以及如何形成的觀(guān)測證據，是刻畫(huà)星系團形成和星系形成之間關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵，并將提供研究大尺度環(huán)境影響星系形成的重要線(xiàn)索。

　　紫金山天文臺科研人員領(lǐng)銜的國際合作團隊利用坐落于夏威夷的JCMT亞毫米波望遠鏡，對兩個(gè)紅移為2.24的大質(zhì)量原星系團BOSS1244和BOSS1542進(jìn)行了深度的亞毫米波成圖觀(guān)測。這兩個(gè)原星系團的致密程度遠超普通原星系團的預期平均值，極其罕見(jiàn)，它們都有可能演化成為現今宇宙中最大質(zhì)量星系團。團隊在BOSS1244和BOSS1542中分別探測到43和54個(gè)亞毫米波星系，其數密度約為普通場(chǎng)環(huán)境中的近兩倍。這些亞毫米波星系是恒星形成率大于每年600倍太陽(yáng)質(zhì)量的極端星暴星系，是近鄰大質(zhì)量橢圓星系的前身，其主體星族正在形成。這兩個(gè)區域中極端星暴星系的體密度為其他天區的15-30倍。如此高比例的極端星暴星系，意味著(zhù)我們正在“目睹”大質(zhì)量星系的形成。

圖1.BOSS1244和BOSS1542區域和一般區域的星暴星系數密度分布對比。

　　研究發(fā)現，這些數密度超出的亞毫米波星系主要分布在Hα發(fā)射線(xiàn)星系所示蹤的高密度區域外圍，在高密區域內部幾乎沒(méi)有（見(jiàn)圖2）。BOSS1244中亞毫米波星系聚集區域可能與纖維結構與原星系團核心區域連接處重疊，而B(niǎo)OSS1542的亞毫米波星系聚集區域被巨纖維結構包圍，是迄今已知亞毫米波星系密度最高的區域。這些發(fā)現是首次給出與理論預期一致的直接觀(guān)測證據：星系團形成過(guò)程中部分大質(zhì)量星系在進(jìn)入原星系團的過(guò)渡區域時(shí)經(jīng)歷大規模恒星形成活動(dòng)。研究團隊將進(jìn)一步研究這些極端星暴星系的特性，分析它們聚集的成因，揭示大質(zhì)量原星系團中影響星系形成演化的物理機制。

圖2. BOSS1244和BOSS1542中星暴星系密度（品紅色）和Hα星系密度（灰色）的空間分布對比。

　　該研究成果已在國際核心天文刊物Monthly Notices of the Royal Astronomical Society正式發(fā)表。論文第一作者和通訊作者分別是紫金山天文臺博士研究生張鈺恒及其導師鄭憲忠研究員。該項工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國載人航天工程項目等的資助。

　　論文連接：https://academic.oup.com/mnras/article/512/4/4893/6553852