这个星系名叫XMM-VID1-2075,形成于大爆炸之后不到20亿年,距今约120亿年前。
按照现有的星系形成理论,年轻星系应该处于动荡而活跃的状态:气体持续涌入,恒星大量诞生,整体结构在旋转中逐渐成形。这是因为气体向星系中心汇聚时会携带角动量,就像水流入浴缸排水口时会形成漩涡一样,几乎是物理上的必然结果。
但XMM-VID1-2075完全不是这样。
它的质量是银河系的数倍,恒星数量庞大,却已经停止了新恒星的形成,科学家把这类星系称为"死亡星系"或"静止星系"。更奇怪的是,它完全没有表现出整体旋转的迹象,内部恒星呈现出杂乱的随机运动,而非整齐划一地绕轴转动。
这种状态在银河系附近的一些巨型成熟星系中并不少见,那些星系通常经历了数十亿年的演化和反复碰撞合并,才逐渐"累"到失去旋转的状态。
但XMM-VID1-2075只有不到20亿岁,它凭什么这么早就"老态龙钟"?
要观测一个120亿光年之外的星系内部气体和恒星的运动,在以前几乎是不可能完成的任务。
遥远的星系在天空中看起来极为微小,地面望远镜受到大气扰动和角分辨率的限制,很难分辨其内部的运动细节。这也是为什么过去对星系内部动力学的研究,大多局限于相对近邻的星系。
韦伯太空望远镜的近红外积分场光谱仪改变了这一局面。它能够同时采集来自同一天区不同位置的光谱,相当于对整个星系的每一个区域同时做光谱分析,从而绘制出星系内部物质的运动速度图。
研究团队利用这一能力,对XMM-VID1-2075及同时期的另外两个星系进行了观测比较。三个星系中,一个明显在旋转,一个结构不规则,只有XMM-VID1-2075完全没有旋转信号,只有强烈的随机速度弥散。
这个问题现在是研究团队最想弄清楚的核心谜题。
通常被认为能够消除星系旋转的机制,是星系之间反复的碰撞与合并。当两个旋转方向相反的星系发生碰撞时,它们各自的角动量可能相互抵消,最终导致合并后的星系失去整体旋转。但这个过程通常被认为需要非常漫长的时间积累。
XMM-VID1-2075的年龄,似乎不足以支撑"漫长历史"这个解释。
研究团队注意到一个细节:在这个星系的侧面存在明显的光线过剩,暗示可能有另一个天体曾经闯入这个系统,以一次剧烈的碰撞改变了它的整体动力学。如果两个角动量方向相反的星系发生了一次"精准对撞",旋转被抵消的时间可以大幅缩短。
但这目前仍是推断,尚未得到直接证据的支撑。
另一个值得关注的背景是,早期宇宙中的密集星系团环境,可能提供了更频繁的星系间相互作用机会,这也可能加速了正常需要数十亿年才能完成的演化进程。
部分计算机模拟确实预测了早期宇宙中存在少量这类慢旋转星系,但数量极为稀少。XMM-VID1-2075究竟是一个罕见的异常个例,还是早期宇宙中一类被低估的星系族群的代表,现在还无法回答。
研究团队正在用韦伯望远镜继续搜寻更多类似的早期静止星系,通过积累样本并与模拟结果对比,才能真正检验现有的星系形成理论是否经得起考验。
宇宙演化的剧本,或许比我们以为的更加复杂,也更加出人意料。
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