恆星形成

——重力透鏡效應揭示約110億年前劇烈恆星形成活動與微中子的關聯—— ——將研究團隊長期推動的 ALMA 高能宇宙研究，拓展至宇宙微中子起源探索—— 圖1：本研究概念圖 在南極 IceCube 微中子觀測站偵測到的高能微中子事件 IC 210922A 的到達方向上，研究團隊發現了一個被塵埃包覆的遙遠恆星形成星系「Shadow Blaster」。這個星系存在於約110億年前、宇宙恆星形成最活躍的時期，並因重力透鏡效應而被放大，讓阿爾瑪望遠鏡能夠觀測到其多個影像。插圖顯示阿爾瑪望遠鏡實際取得的次毫米波影像。研究團隊將此星系視為高能微中子事件 IC 210922A 的有力來源候選天體，並進一步加以研究。 Credit: MITOS / ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) 國際研究團隊在南極 IceCube 微中子觀測站所偵測到的高能微中子事件 IC 210922A 的到達方向上，發現了一個受到重力透鏡效應放大而顯得格外明亮的遙遠恆星形成星系 JCMT0402−0424。這個星系被厚重塵埃深深包覆，在可見光波段幾乎看不見，卻在次毫米波段異常明亮，因此被暱稱為「Shadow Blaster」。 透過阿爾瑪望遠鏡（ALMA）的高解析度觀測，研究團隊發現 Shadow Blaster 是一個存在於約110億年前、宇宙恆星形成最活躍時期「宇宙正午」（Cosmic Noon）的緻密劇烈恆星形成星系。進一步分析受到重力透鏡放大的影像後，團隊也確認在這個星系中心，存在一個由大量氣體與塵埃高度集中而成的緻密恆星形成核心。 在這樣的高密度環境中，高能粒子，也就是宇宙線，可能會反覆與氣體碰撞，進而有效產生微中子。本研究顯示，過去高能微中子的起源多半被認為與黑洞噴流或活動星系核有關，但遙遠宇宙中大量被塵埃遮蔽的恆星形成星系，也可能對高能微中子的產生具有重要貢獻。 本研究成果以論文 「Compact dusty starbursts at cosmic noon linked to high-energy neutrinos」 發表於英國科學期刊 Nature Astronomy。論文 DOI 為 10.1038/s41550-026-02884-9。 1. 高能微中子起源：仍未解開的宇宙謎題 微中子是不帶電、幾乎不與物質發生反應的基本粒子。因此，來自遙遠宇宙的微中子幾乎可以沿直線抵達地球，被視為探索高能宇宙現象的一種全新「信使」。 IceCube 微中子觀測站是在南極冰層深處建造的大型微中子觀測裝置，內部埋設了大量光感測器。IceCube 已經偵測到許多來自宇宙的高能微中子，但要確認這些微中子的來源，一直是天文學上的重大挑戰。 至今，科學家已經報告了幾個高能微中子來源候選天體，例如耀變體 TXS 0506+056，以及活動星系 NGC 1068。然而，這些已知天體仍無法解釋 IceCube 所觀測到、來自整個宇宙的瀰漫高能微中子背景。因此，天文學家推測，宇宙中可能還存在大量尚未被發現的微中子來源。 其中一類重要候選，就是存在於遙遠宇宙、被塵埃包覆的恆星形成星系。 2. 宇宙正午時期，被塵埃隱藏的巨大恆星形成活動 在宇宙誕生後數十億年、距今約100億到110億年前，整個宇宙的恆星形成活動達到高峰。這個時期被稱為「宇宙正午」。 在這個時代，宇宙中存在許多含有大量氣體與塵埃、正在劇烈形成恆星的星系。這些星系中，超新星爆炸與強烈恆星形成活動被認為會產生大量宇宙線。當宇宙線與星系內部的濃密氣體碰撞時，便可能透過次級粒子的產生過程生成微中子。 理論上，這類恆星形成星系長久以來都被認為可能對高能微中子背景有所貢獻。然而，這些星系距離極為遙遠，又常被厚重塵埃遮蔽，因此要取得能夠將單一微中子事件與個別星系直接連結起來的觀測證據，一直非常困難。 ...