詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）觀測到一群大質量星系，它們位於大約110億光年之外，由於受到超大質量黑洞的影響而停止了生長。星系團通常被稱為宇宙中的”大城市”，由已經停止形成恆星並完成生長的巨大橢圓星系組成。 儘管進行了大量研究，但恆星形成停止背後的確切機制仍不確定。

在一項開創性的研究中，研究人員利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡研究了現代星系團的前身。 他們的觀測結果突顯了超大質量黑洞在抑制恆星形成方面的作用，使這些星系能夠演化成今天宇宙中看到的大質量橢圓結構。

了解星係是如何形成和成長的是天文物理學的一個重點。 在宇宙的密集區域，例如星系團，巨型橢圓星系佔據主導地位。 這些巨大而古老的星係由老恆星組成。 雖然科學家仍在爭論這些星係是如​​何停止形成新恆星的，但一個主要理論認為超大質量黑洞（SMBH）在其中扮演了關鍵角色。透過釋放強大的能量，超大質量黑洞可以抑制恆星形成所需的氣體供應，這可能導致我們今天觀測到的巨橢圓星系的形成。

圖1. 詹姆斯-韋伯望遠鏡近紅外線相機的研究結果清楚地表明，有超大質量黑洞活動星系核回饋的大質量星系恆星形成率較低。 圖片來源：早稻田大學Rhythm Shimakawa

為了探索這個想法，一個國際研究小組研究了蜘蛛網原星團中的大質量星系，這個星系團位於110億光年之外（圖1）。 研究小組利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）的數據，對這些遙遠的星系進行了前所未有的詳細研究。 該研究小組由日本早稻田大學的島川韻副教授領導，成員包括日本國立天文台的小山勇成博士、日本東北大學的兒玉忠之教授、赫爾穆特-丹納鮑爾博士以及西班牙加那利天文研究所和拉古納大學的JM佩雷斯-馬丁內斯博士等。

他們的研究成果於2024 年12 月18 日發表在《皇家天文學會月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）雜誌上。

圖2. 研究小組觀測到一個大約110 億光年前的星系團，它是我們今天看到的星系團的祖先之一。 在4微米左右的近紅外線波段，JWST近紅外線相機的空間解析度比以前的望遠鏡高出10倍，幫助研究人員實現了這項創舉。 圖片來源：早稻田大學的Rhythm Shimakawa

研究小組透過安裝在JWST 上的近紅外線照相機成功地獲得了高分辨率的氫重組線圖，這些氫重組線顯示了恆星形成和SMBH 的活動。 詳細分析顯示，SMBH活躍的大質量星系沒有恆星形成的跡象，這意味著它們的成長受到了SMBH的嚴重阻礙（圖3）。 這些結果支持了理論預測，即巨橢圓星系的形成與過去的SMBH 活動有關。

圖3. 研究團隊調查了巨橢圓星系的形成地點。 結果他們發現，在大約20 個大質量星系中，約有一半的星系的恆星形成與SMBH 活性同時受到抑制。 來源：早稻田大學Rhythm Shimakawa

“我們的團隊利用斯巴魯望遠鏡和其他設施對蜘蛛網原星團進行了長達十多年的研究。 利用新的JWST 數據，我們現在能夠’回答’我們在理解和預測星系形成方面積累的問題了， “Shimakawa 博士說。 他進一步補充說：「這項研究標誌著我們在拓展對天體中SMBH和星系共同演化的理解方面邁出了重要一步。”

編譯自/ ScitechDaily