The extreme astrophysical processes and conditions that characterize the early Universe are expected to result in young galaxies that are dynamically different from those observed today1–5. This is because the strong effects associated with galaxy mergers and supernova explosions would lead to most young star-forming galaxies being dynamically hot, chaotic and strongly unstable1,2. Here we report the presence of a dynamically cold, but highly star-forming, rotating disk in a galaxy at redshift6z = 4.2, when the Universe was just 1.4 billion years old. Galaxy SPT–S J041839–4751.9 is strongly gravitationally lensed by a foreground galaxy at z = 0.263, and it is a typical dusty starburst, with global star-forming7 and dust properties8 that are in agreement with current numerical simulations9 and observations10. Interferometric imaging at a spatial resolution of about 60 parsecs reveals a ratio of rotational to random motions of 9.7 ± 0.4, which is at least four times larger than that expected from any galaxy evolution model at this epoch1–5 but similar to the ratios of spiral galaxies in the local Universe11. We derive a rotation curve with the typical shape of nearby massive spiral galaxies, which demonstrates that at least some young galaxies are dynamically akin to those observed in the local Universe, and only weakly affected by extreme physical processes. A strongly lensed galaxy at redshift 4.2 appears to be a dynamically cold disk galaxy, similar to spiral galaxies in the local neighbourhood and weakly affected by extreme physical processes.

中文翻译：

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早期宇宙中的动态冷盘星系

表征早期宇宙的极端天体物理过程和条件预计会产生与今天观察到的星系动态不同的年轻星系1-5。这是因为与星系合并和超新星爆发相关的强烈影响会导致大多数年轻的恒星形成星系动态热、混乱和极不稳定1,2。在这里，我们报告了在红移 6z = 4.2 的星系中存在一个动态冷但高度形成恒星的旋转盘，当时宇宙只有 14 亿年的历史。星系 SPT-S J041839-4751.9 在 z = 0.263 处被前景星系强烈引力透镜化，它是典型的尘埃星暴，其全球恒星形成 7 和尘埃特性 8 与当前的数值模拟 9 和观测 10 一致。空间分辨率约为 60 秒差距的干涉成像显示旋转与随机运动的比率为 9.7 ± 0.4，这至少是该时期 1-5 任何星系演化模型预期的结果的四倍，但与螺旋运动的比率相似本地宇宙中的星系11。我们推导出具有附近大质量螺旋星系典型形状的旋转曲线，这表明至少一些年轻星系在动态上类似于在本地宇宙中观察到的星系，并且仅受极端物理过程的影响很小。红移 4.2 的强透镜星系似乎是一个动态冷盘星系，类似于当地附近的螺旋星系，受极端物理过程的影响较弱。这至少是这个时期 1-5 任何星系演化模型预期的四倍，但类似于本地宇宙中螺旋星系的比率 11。我们推导出具有附近大质量螺旋星系典型形状的旋转曲线，这表明至少一些年轻星系在动态上类似于在本地宇宙中观察到的星系，并且仅受极端物理过程的影响很小。红移 4.2 的强透镜星系似乎是一个动态冷盘星系，类似于当地附近的螺旋星系，受极端物理过程的影响较弱。这至少是这个时期 1-5 任何星系演化模型预期的四倍，但类似于本地宇宙中螺旋星系的比率 11。我们推导出具有附近大质量螺旋星系典型形状的旋转曲线，这表明至少一些年轻星系在动态上类似于在本地宇宙中观察到的星系，并且仅受极端物理过程的影响很小。红移 4.2 的强透镜星系似乎是一个动态冷盘星系，类似于当地附近的螺旋星系，受极端物理过程的影响较弱。我们推导出具有附近大质量螺旋星系典型形状的旋转曲线，这表明至少一些年轻星系在动态上类似于在本地宇宙中观察到的星系，并且仅受极端物理过程的影响很小。红移 4.2 的强透镜星系似乎是一个动态冷盘星系，类似于当地附近的螺旋星系，受极端物理过程的影响较弱。我们推导出具有附近大质量螺旋星系典型形状的旋转曲线，这表明至少一些年轻星系在动态上类似于在本地宇宙中观察到的星系，并且仅受极端物理过程的影响很小。红移 4.2 的强透镜星系似乎是一个动态冷盘星系，类似于当地附近的螺旋星系，受极端物理过程的影响较弱。