【仪表网 研发快讯】 近日，厦门大学物理科学与技术学院天文学系于浩然教授团队联合相关合作者在星系角动量起源研究方面取得重要进展。相关成果以“A high-significance detection of primordial tidal torque imprints”为题发表于《自然·天文学》(Nature Astronomy)。研究团队首次在观测星系中高显著性探测到原初潮汐扭矩留下的角动量印记，并验证了潮汐扭矩理论关于角动量获取尺度随暗物质晕质量变化的重要预言，为这一经典星系角动量起源理论提供了直接的高显著性观测证据。近期，美国《科学》(Science)杂志News(新闻)栏目也对该成果进行了专题报道，评价其为 "探测星系原初角动量印记的迄今最佳证据"，认为该研究建立了现今星系角动量与宇宙早期物质分布之间的直接联系，为星系角动量研究开辟了新方向。
星系和暗物质晕为何能够旋转，是星系形成与演化研究中的重要问题。经典潮汐扭矩理论认为，在宇宙结构形成早期，原初物质分布与周围引力潮汐场之间的不对齐会产生潮汐扭矩，使原初星系和暗物质晕获得角动量。
然而，从宇宙早期到今天，星系经历了百余亿年的引力演化、并合和物质吸积。复杂的非线性演化会不断改变星系的角动量，因此，早期宇宙潮汐扭矩留下的信息能否保存至今，并在真实星系观测中被识别出来，一直是检验潮汐扭矩理论的关键难题。
研究团队结合MaNGA积分视场光谱巡天与ELUCID近邻宇宙初始条件重构开展研究(如图1所示)。利用MaNGA获得的星系气体和恒星二维速度场，团队测量了近邻星系当前的角动量方向；随后利用ELUCID重构的原初密度场，通过拉格朗日空间重映射恢复星系宿主暗物质晕形成前所处的原初潮汐环境。
针对原初暗物质晕形状无法直接观测这一关键困难，研究团队利用不同空间尺度的原初潮汐场构建角动量重构方法，预测星系在宇宙早期获得的角动量方向，并与今天实际观测到的星系角动量进行比较，从而建立现今星系旋转与宇宙初始条件之间的直接联系。
研究发现，观测星系角动量与原初潮汐场预测的角动量之间存在显著相关，其中中心椭圆星系气体组分的相关信号最强，统计显著性达到约7σ。进一步分析发现，随着暗物质晕质量增加，决定其角动量起源的原初潮汐环境尺度也随之增大，与潮汐扭矩理论预言一致。该结果首次在观测上验证了潮汐扭矩理论关于角动量获取尺度质量依赖的重要预言，表明尽管经历了漫长而复杂的宇宙演化，星系今天的旋转方向仍然保留着来自宇宙早期初始条件的信息。
这一发现不仅为潮汐扭矩理论提供了新的观测支持，也表明星系角动量有望成为研究宇宙初始条件的新型宇宙学观测量。未来，结合更大规模的星系光谱巡天和更高精度的宇宙初始条件重构，星系角动量有望为研究宇宙结构形成及约束中微子质量等宇宙学参数提供新的观测手段。
图1星系观测角动量与原初重构角动量的关联示意
厦门大学天文学系博士研究生盛明捷为论文第一作者，于浩然教授为通讯作者，博士研究生陈冰航、硕士研究生邵芳娜参与该项研究。该研究由厦门大学牵头，与南京大学、北京师范大学、中国科学技术大学、加拿大理论天体物理研究所、中国科学院国家天文台及上海交通大学等单位的研究人员合作完成。该工作得到国家自然科学基金等科研项目资助。
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