【科技探索】 根据清华大学天文系团队的最新研究，他们通过综合波段的数据，首次直接观察到了早期宇宙中星系周围气体如何进入星系的详细过程。这一突破性发现证实了，具有较高重元素丰度的气体循环回流是驱动星系恒星形成的关键因素，对理解星系生态系统及演化过程具有里程碑意义。该研究成果已于5月5日以长篇论文的形式在线发表在《科学》杂志上。

长期以来，天体物理学家一直关注着星系如何通过吸收星系外部的气体来形成恒星的过程。近期美国公布的未来十年天体物理规划中，将“宇宙生态系统”的核心问题作为重点，尤其是大质量星系形成和演化机制。传统理论认为，由于星系强大的引力势能，导致物质在塌缩过程中被加热，使得流入的气体温度过高，无法有效冷却，因而难以聚集成星。然而，新发现显示，在宇宙早期，已存在一些大质量星系内部正迅速形成恒星的现象，这表明我们对气体流入星系的详细过程以及如何驱动恒星形成的认识仍存在不足。

为了解开这一谜团，清华大学蔡峥教授领导的研究团队运用全球最大的光学望远镜“凯克”对距今约110亿年的巨大气体云进行了观测，并借助其先进成像光谱仪“宇宙网成像器”，成功探测到了星系周围气体中的氢元素以及多种重元素的辐射，从而推断出重元素的大规模分布情况。研究团队指出，这表明宇宙早期星系周围气体已富含重元素。进一步的光谱和数值模拟分析揭示，这些富含重元素的气体可能源自星系中心的活动星系核，通过复合辐射、禁戒跃迁等冷却过程，最终在引力和环境角动量的共同作用下，重新回流入星系，形成所谓的“循环冷气体流”。通过建立的气体动力学模型表明，这种循环气体流是向星系内部流动的，它促进了恒星形成活动，并维持了星系内的恒星生成状态。

此次研究不仅为星系如何与大尺度环境进行物质交换提供了直观的证据，还确认了“循环气体流”在早期宇宙大质量星系形成过程中的关键作用。未来，随着更大口径和更大视场的光谱巡天望远镜（如清华大学即将启动的MUST巡天望远镜）的投入使用，科学家有望揭示星系恒星形成过程的完整图景。