【文/ 观察者网专栏作者 徐令予】

仰望夜空，银河星系伸展在天幕之上，星系中千千万万颗星星组成了一个亮白色的光环绕着中心旋转，这些星星又各有其行星绕着旋转，我们生活的家园太阳系就是这其中之一。当我们为银河星系的宏伟美丽惊叹不已时，禁不住想知道：宇宙中的这些星系究竟如何形成？它们来自何处又奔向何方？

关于早期宇宙的大多数理论有两个假设：

1）宇宙中充满了氢气和氦气。

2）有些地区比其他地区稍微密集一些。

从这些假设出发，天文学家认为，较密集的区域会稍微放慢膨胀速度，导致氢气和氦气累积成原始云团。在这些云团中，万有引力引起气体和尘埃压缩和塌陷，并形成众多像太阳般的第一代恒星。这些早期的恒星燃烧迅猛，快速消失，成为球状星团。球状星团中间被引力进一步压缩并形成了旋转盘。旋转盘吸进更多的气体和尘埃形成了星系盘，星系盘中又生成更多新的恒星，而在它外围留下的是球状云团。这大概就是宇宙中所有星系——包括我们这个生于斯、长于斯、歌哭于斯的银河星系——的生长发育史。

中国远古的神话“盘古开天”就说：“天地浑沌如鸡子……”，这与星系生成的假设倒也有那么一些吻合。当然关于星系生成的现代学说毕竟不是神话，它是在深入的理论分析和大量的实验观测的基础上逐步发展完善起来的。

现代的巨型高速计算机真的非常给力，天文学家依靠它们作了大量的模似计算。按照理论模型，从宇宙的起始状态出发通过模拟计算，把演算的结果与今日满天的各种星系现状作比较，从而不断修正完善理论模型。

一切假设和理论最终必须接受实验的考验，我们不仅要仔细观察自已的银河星系的结构和运动，更重要的是观察银河星系外面的其它星系。有些河外星系远离我们都在数亿光年以上，光线从它们那里出发到达我们地球都要数亿年的时间。也就是说，我们今天看到的河外星系其实是它们数亿年以前的真实模样。通过观察这些遥远的河外星系，我们就能深入了解这些星系发育生长的早年历史。

假如离我们地球2000光年外有一颗行星，又假如那里生活着高度文明的外星人，使用高科技观察设备，他们现在应可看到二千年前地球上发生的故事。说不定他们可以看到被困垓下的西楚霸王项羽的窘境，看看他究竟是如何与虞姬诀别的。当然要看到这样的细节会有许多技术上的困难，但是看看2000年前东亚大陆上有没有雾霾也许不会有太大的问题。

总之，通过观察遥远的河外星系，我们如同在翻阅星系的历史画卷，从中可以看到星系是如何逐步形成和演化的。观察越为遥远的星系越为重要，因为这让我们可以认识星系萌芽期的状况。

如今天文学家已经把目光投向了120亿光年外的星系。众所周知，宇宙大爆炸开始于大约137亿光年，因而我们今天观察研究的这个星系是在宇宙开始后大约15亿年前的状况，即是宇宙演化时间轴上离起始点仅8%的位置上，那是星系生成演化史的婴儿期，这对于我们认识和理解星系的形成殊为关键。

但是观察120亿光年外的星系十分困难，这些星系的光线传播到我们这里变得非常非常的微弱，更要命的是在它背后还有十分明亮的类星体[1]，这使对星系的观察犹如在太阳光照射下寻找萤火虫。因而直接观察这样遥远的星系几乎就是不可能。

到目前为止，对遥远星系的观察研究都是采用间接的手段，天文学家通过对躲在这些星系后面的类星体的光谱分析来间接推断星系内部的组成。类星体的光线在穿透目标星系时，某些波长的光波会被星系中的气体吸收，通过类星体光谱的分析比较，我们就可知道星系形成早期内部的气体成分。

但是采用间接方法观察研究遥远星系得到的信息毕竟有限，天文学家企图直接观察收集这些遥远星系内部信息的努力从来没有停止过。2003年在智利高原上开始建造的世界最先进的综合孔径射电望远镜ALMA让天文学家看到了希望的曙光。

由沃尔夫教授（Arthur M. Wolfe）领导的团队从1986年起，就依靠间接的方式研究遥远的星系，积累了丰富的数据。他们长期的规划和等待终于得到了回报，沃尔夫的关门弟子——他的最后一位博士学生Marcel Neeleman——通过ALMA得到的最新数据令人备感振奋，让我们对星系的形成和演化有了更直接、更深入的了解。

研究人员利用综合孔径射电望远镜ALMA收集人眼不可见的毫米/亚毫米波长的电磁波。他们专注于遥远目标星系的两个电磁辐射源：电离碳和暖尘埃，这些多是星系的核心区域——众多恒星的诞生地——常有的物质。把这些直接收集得来的新数据与过去间接收集到的旧数据汇合在一起，出人意料的结果立刻呈现到人们的面前。

图一

图一右下角红色区域就是类星体穿越星系后的光斑，通过光谱分析，显示出该处有星系的中性氢气存在，它们吸收了类星体光线中特定的谱线。左上角绿色区域是电离碳电磁辐射，蓝色区域是暖尘埃电磁辐射，这块区域是星系中生成众多恒星的核心部分（又称星系盘）。而这核心部分与星系外围的气体云团之间足有十万光年的距离。也就是说星系生成的早期是包围在一个巨大的中性氢、氦气团之中。