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近日中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)王鵬青年研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在星系角動(dòng)量研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)利用MaNGA積分視場(chǎng)光譜巡天數(shù)據(jù)和斯隆數(shù)字巡天（SDSS）數(shù)據(jù)，首次發(fā)現(xiàn)：小質(zhì)量旋渦星系的角動(dòng)量方向與大尺度纖維結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角動(dòng)量方向表現(xiàn)出反方向關(guān)聯(lián)（Ant-parallel），相關(guān)成果于2025年7月5日在線發(fā)表在國(guó)際天文學(xué)學(xué)術(shù)期刊《天體物理雜志快報(bào)》（The Astrophysical Journal Letters）上，為深入理解大尺度宇宙環(huán)境如何影響星系角動(dòng)量形成和演化提供了新的觀測(cè)線索。

宇宙在大尺度上（橫跨上千萬光年的百萬秒差距/Mpc尺度）由節(jié)點(diǎn)（knots）、纖維（filaments）、墻（walls/sheets）和空洞（voids）等結(jié)構(gòu)組成。根據(jù)潮汐力矩理論，星系的角動(dòng)量源于其所在引力場(chǎng)中潮汐力矩的作用。由于大尺度引力潮汐場(chǎng)的分布由物質(zhì)分布決定，因此研究星系角動(dòng)量分布與大尺度結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)，對(duì)于驗(yàn)證潮汐場(chǎng)驅(qū)動(dòng)星系角動(dòng)量演化的具體機(jī)制至關(guān)重要。圖一展示了星系角動(dòng)量在大尺度環(huán)境下的關(guān)聯(lián)示意圖。

圖一?星系角動(dòng)量和大尺度環(huán)境關(guān)聯(lián)的示意圖。

該研究創(chuàng)新性地將纖維結(jié)構(gòu)視為動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)實(shí)體，而非靜態(tài)結(jié)構(gòu)，參考“擴(kuò)展閱讀”中關(guān)于纖維結(jié)構(gòu)自旋信號(hào)的首次發(fā)現(xiàn)。研究人員利用MaNGA數(shù)據(jù)重構(gòu)了星系內(nèi)物質(zhì)的動(dòng)力學(xué)角動(dòng)量，并基于SDSS數(shù)據(jù)重構(gòu)了大尺度纖維結(jié)構(gòu)，計(jì)算了纖維結(jié)構(gòu)繞其中心軸的旋轉(zhuǎn)角動(dòng)量。這是同類研究中首次考慮纖維結(jié)構(gòu)本身的運(yùn)動(dòng)信息。

科研團(tuán)隊(duì)篩選出旋轉(zhuǎn)顯著、角動(dòng)量測(cè)量可靠的旋渦星系樣本進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于小質(zhì)量旋渦星系（圖二上圖藍(lán)線所示），其角動(dòng)量方向表現(xiàn)出與纖維結(jié)構(gòu)角動(dòng)量方向明顯的反向趨勢(shì)；而大質(zhì)量旋渦星系（圖二上圖紅線所示）的角動(dòng)量方向則接近隨機(jī)分布。進(jìn)一步分析揭示（圖二下左圖），大質(zhì)量星系通常更靠近纖維結(jié)構(gòu)中心區(qū)域，小質(zhì)量星系則多分布于外圍。同時(shí)，在“動(dòng)力學(xué)較冷”（即旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主導(dǎo)而非隨機(jī)運(yùn)動(dòng)主導(dǎo)）的纖維結(jié)構(gòu)中，這種角動(dòng)量的反向趨勢(shì)表現(xiàn)得尤為顯著（圖二下右圖）。

圖二?上圖：星系角動(dòng)量與纖維角動(dòng)量夾角余弦值分布及統(tǒng)計(jì)顯著性。左/右圖分別為恒星/氣體角動(dòng)量的結(jié)果，陰影區(qū)表示隨機(jī)分布范圍。下圖：不同質(zhì)量星系樣本到纖維中心的平均距離（左圖）；不同動(dòng)力學(xué)溫度纖維結(jié)構(gòu)中角動(dòng)量反向趨勢(shì)的對(duì)比（右圖）

此項(xiàng)研究首次將纖維結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)納入星系角動(dòng)量研究的考量，為揭示宇宙不同尺度上引力相互作用的本質(zhì)提供了寶貴的觀測(cè)依據(jù)。該研究團(tuán)隊(duì)正基于此發(fā)現(xiàn)開展數(shù)值模擬研究，以期在未來構(gòu)建更完善的星系角動(dòng)量構(gòu)建與演化的物理模型。

該研究由中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)主導(dǎo)，聯(lián)合南京大學(xué)、浙江大學(xué)、廈門大學(xué)共同完成，是一支完全由國(guó)內(nèi)年輕團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，論文第一作者是上海天文臺(tái)碩士二年級(jí)汪昊達(dá)，通訊作者是上海天文臺(tái)王鵬青年研究員。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、中國(guó)載人航天工程巡天空間望遠(yuǎn)鏡專項(xiàng)科學(xué)研究、上海市啟明星（A類）項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)資助。

論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ade6fe

擴(kuò)展閱讀：上海天文臺(tái)研究團(tuán)隊(duì)參與的中德合作項(xiàng)目在宇宙大尺度結(jié)構(gòu)研究中取得進(jìn)展https://shao.cas.cn/2020Ver/xwdt/kyjz/202106/t20210618_6114300.html

科學(xué)聯(lián)系人：王鵬，pwang@shao.ac.cn