中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表，日期：2025年7月21日 

在宇宙演化的長河中，矮星系（Dwarf Galaxy）雖然個體微小，卻數量龐大，是形塑今日宇宙大尺度結構的「拼圖」。 它們也可能是我們銀河系的「祖先」，甚至蘊含宇宙最早期恆星與黑洞的誕生秘密。然而，由於矮星系的質量很低、重力很弱，跟周圍氣體的互動又很複雜，科學家一直很難了解它們是怎麼形成與演化的。中央研究院天文及天文物理研究所董沛承研究助理與陳科榮助研究員，近日開發出一套全新的宇宙模擬方法，首度以前所未有的空間與質量解析度，成功模擬出矮星系與周圍環星系際介質（Circumgalactic Medium，簡稱為CGM）的共演化過程，成果發表在最新一期的《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal）。

技術創新：百倍解析度，重現早期宇宙細節

研究人員使用著名的宇宙模擬模型IllustrisTNG為基礎，利用GIZMO模擬程式搭配「粒子分裂」（Particle Splitting）技術，將單一星系的模擬解析度提升一百倍，讓科學家更清楚地看出矮星系內外氣體的多相結構與金屬傳輸細節，是目前針對低質量星系能做到最精細的模擬之一。模擬計算仰賴美國柏克萊實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory，簡稱LBNL）的超級電腦，單一組模擬的運算時間就長達數十至百萬小時，目前全球僅有少數團隊能達到此技術門檻。

科學突破：矮星系與CGM密不可分的「生態演化」

模擬結果顯示，矮星系的恆星成長與CGM中的冷氣體供應密切相關。超過40%–70%的星系質量來自周圍氣體的流入，而恆星形成所需的冷氣體亦有近半來自CGM的再循環供給，顯示星系與其氣體環境構成一個互相作用的「生態系統」。此外，研究亦首度量化金屬由恆星釋出後經星系風傳送至CGM，並在環境中重新冷卻與回流，影響未來的恆星形成效率。更令人驚訝的是，模擬發現即使在宇宙很早期的時候，矮星系中心的黑洞已有明顯活動，吸積率非常快，支持了矮星系可能是巨大黑洞「搖籃」的理論，和近年來韋伯太空望遠鏡（JWST）觀測到的現象相符。

展望未來：協助新世代望遠鏡觀測

這項研究不但建立了矮星系演化的新模型，還提供具體預測，能幫助JWST、阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列和未來的羅曼太空望遠鏡做更精確的觀測。例如：可以預測CGM的溫度、金屬分佈，或是黑洞吸積歷史對星系光度的影響、以及低質量星系內外金屬再循環時間尺度等。陳科榮博士表示：「本研究象徵理論模擬已經精細到足以對照實際觀測的細節，讓我們首次能以量化方式探討微小星系在宇宙早期的真實樣貌。透過高解析模擬與觀測資料的結合，我們正逼近回答『最早星系如何誕生、最初黑洞如何成長』這些根本性問題的臨界點。」

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本篇論文發表於2025年7月出版的天文物理期刊（Astrophysical Journal），篇名：Coevolution of Dwarf Galaxies and Their Circumgalactic Medium Across Cosmic Time

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媒體聯絡：

中央研究院天文及天文物理研究所助研究員陳科榮

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