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這個星系名叫XMM-VID1-2075,形成于大爆炸之后不到20億年,距今約120億年前。
按照現有的星系形成理論,年輕星系應該處于動蕩而活躍的狀態:氣體持續涌入,恒星大量誕生,整體結構在旋轉中逐漸成形。這是因為氣體向星系中心匯聚時會攜帶角動量,就像水流入浴缸排水口時會形成漩渦一樣,幾乎是物理上的必然結果。
但XMM-VID1-2075完全不是這樣。
它的質量是銀河系的數倍,恒星數量龐大,卻已經停止了新恒星的形成,科學家把這類星系稱為"死亡星系"或"靜止星系"。更奇怪的是,它完全沒有表現出整體旋轉的跡象,內部恒星呈現出雜亂的隨機運動,而非整齊劃一地繞軸轉動。
這種狀態在銀河系附近的一些巨型成熟星系中并不少見,那些星系通常經歷了數十億年的演化和反復碰撞合并,才逐漸"累"到失去旋轉的狀態。
但XMM-VID1-2075只有不到20億歲,它憑什么這么早就"老態龍鐘"?
要觀測一個120億光年之外的星系內部氣體和恒星的運動,在以前幾乎是不可能完成的任務。
遙遠的星系在天空中看起來極為微小,地面望遠鏡受到大氣擾動和角分辨率的限制,很難分辨其內部的運動細節。這也是為什么過去對星系內部動力學的研究,大多局限于相對近鄰的星系。
韋伯太空望遠鏡的近紅外積分場光譜儀改變了這一局面。它能夠同時采集來自同一天區不同位置的光譜,相當于對整個星系的每一個區域同時做光譜分析,從而繪制出星系內部物質的運動速度圖。
研究團隊利用這一能力,對XMM-VID1-2075及同時期的另外兩個星系進行了觀測比較。三個星系中,一個明顯在旋轉,一個結構不規則,只有XMM-VID1-2075完全沒有旋轉信號,只有強烈的隨機速度彌散。
這個問題現在是研究團隊最想弄清楚的核心謎題。
通常被認為能夠消除星系旋轉的機制,是星系之間反復的碰撞與合并。當兩個旋轉方向相反的星系發生碰撞時,它們各自的角動量可能相互抵消,最終導致合并后的星系失去整體旋轉。但這個過程通常被認為需要非常漫長的時間積累。
XMM-VID1-2075的年齡,似乎不足以支撐"漫長歷史"這個解釋。
研究團隊注意到一個細節:在這個星系的側面存在明顯的光線過剩,暗示可能有另一個天體曾經闖入這個系統,以一次劇烈的碰撞改變了它的整體動力學。如果兩個角動量方向相反的星系發生了一次"精準對撞",旋轉被抵消的時間可以大幅縮短。
但這目前仍是推斷,尚未得到直接證據的支撐。
另一個值得關注的背景是,早期宇宙中的密集星系團環境,可能提供了更頻繁的星系間相互作用機會,這也可能加速了正常需要數十億年才能完成的演化進程。
部分計算機模擬確實預測了早期宇宙中存在少量這類慢旋轉星系,但數量極為稀少。XMM-VID1-2075究竟是一個罕見的異常個例,還是早期宇宙中一類被低估的星系族群的代表,現在還無法回答。
研究團隊正在用韋伯望遠鏡繼續搜尋更多類似的早期靜止星系,通過積累樣本并與模擬結果對比,才能真正檢驗現有的星系形成理論是否經得起考驗。
宇宙演化的劇本,或許比我們以為的更加復雜,也更加出人意料。
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