想想我们对宇宙还有多少东西需要了解，这既让人感到谦卑，也让人感到鼓舞。我和我的合作者刚刚解决了天体物理学中一个经久不衰的谜团：巨大的椭圆星系是如何形成的。
现在，我们第一次有了可靠的观测证据来提供答案。我们的研究结果最近发表在《自然》杂志上。
当今宇宙中的星系可分为两大类。有像我们的银河系一样的螺旋星系，它们富含气体，并在旋转的圆盘中不断形成恒星。还有椭圆星系，它们很大，是球形的，而不是扁平的，类似于橄榄球。后者不会产生新的恒星，但主要是100亿年前形成的恒星。
长期以来，用描述宇宙从大爆炸到现在的演化的宇宙学模型来解释椭圆星系的形成一直很困难。其中一个挑战是，在椭圆星系形成的时代（100亿到120亿年前），恒星的形成被认为是在大型旋转圆盘内发生的，类似于我们的银河系。
那么这些星系是如何从平面圆盘转变成三维椭圆星系的呢？
通过分析来自阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（Alma）的数据，我们确定了巨大椭圆星系的诞生地点。我们发现，局部椭圆星系可以在宇宙早期激烈而短暂的恒星形成过程中形成，而不是从一个旋转的圆盘开始，随着时间的推移变得越来越椭圆。
我们的研究检查了100多个遥远星系的尘埃分布，我们知道，当宇宙在22亿到59亿岁之间时，这些星系正在形成许多恒星。尘埃表明气体的存在——新恒星形成的物质——使我们能够研究星系中正在积极形成新恒星的区域。
使用一种新的观测技术，我们发现这些遥远星系中的尘埃非常致密，并不是我们所期望的平面圆盘状星系。此外，我们还能够推断出尘埃发射区域的三维几何形状。这一分析表明，大多数早期的恒星形成星系实际上是球形的，而不是圆盘状的。事实上，它们的形状与今天我们附近的椭圆星系非常相似。
然后，我们使用宇宙学计算机模拟来解释观测结果，并了解可能导致尘埃和气体沉入这些遥远的恒星形成星系中心的物理机制。
我们的分析表明，来自周围星系的冷空气流以及星系相互作用和合并的同时作用可以将气体和尘埃驱动到这些星系内致密的恒星形成核心中。模拟还表明，这一过程在早期宇宙中很常见，为椭圆星系的快速形成提供了关键解释。
我们的发现为这个谜题增加了关键的一块，提高了我们对星系形成和演化的理解。
这一发现是通过一种分析ALMA观测结果的新技术实现的。Alma的数据与我们用光学望远镜看到的图像不同。事实上，Alma的工作原理是将来自多个天线的信号组合在一起，形成一个巨大的望远镜。
这种技术被称为干涉测量法，虽然它可以获得遥远星系的清晰图像，但数据分析比传统的光学图像更复杂。与以前的方法相比，我们的新技术能够更精确地测量粉尘分布，在这一领域取得了重大进展。
在这项研究中，我们使用了多年来积累的存档、开放获取的Alma数据。这凸显了开源数据的力量，科学家可以在开源数据中分享他们的发现，并通过全球合作推动科学突破。
JWST和欧几里得太空望远镜的未来观测将进一步绘制出今天椭圆星系遥远祖先的恒星分布图。超大望远镜拥有39米宽的镜面，将提供遥远星系中恒星形成核心的前所未有的细节。
此外，利用ALma和甚大望远镜对气体动力学进行更清晰的观测，将揭示气体如何向星系中心移动，为恒星形成提供燃料，并塑造我们今天看到的星系。
