每当科学家又在早期宇宙发现异常巨大的成熟星系时,往往一颗头两个大,因为我们找不到小星系发展成巨大星系前应该存在的过渡星系。直到现在,天文学家利用 ALMA 发现了一个隐藏在黑暗中的怪物星系,它的尺寸、恒星形成速率都刚好能解释星系发展历史的空缺地带。
要了解星系如何形成与成长,最好从大爆炸看起。大爆炸之初,宇宙非常炙热且密度极高,物质、反物质、暗物质、辐射均匀分布;接着宇宙开始冷却,大约 5 千万~ 1 亿年后,宇宙第一代恒星(第三星族星)出现,高能量紫外光子开始流窜宇宙并电离中性原子,宇宙逐渐透明。
大爆炸后 2~2.5 亿年,宇宙第一批星系形成了,它们以惊人的速度形成新生恒星(但星系总质量还不到如今银河系的 1%),电离速率增加,目前已知(仪器追踪极限)最古老的星系出现在大爆炸后 4 亿年;约大爆炸后 5.5 亿年,宇宙终于完全被电离,光可以自由传播而不会被吸收。
然而在宇宙完全透明之后,科学家依然只找到一些明亮但质量很低的星系,直到大爆炸后约 10 亿年,无数个比银河系还要庞大的巨无霸成熟星系,忽然出现在望远镜观测视野内,这就是天文学一个长期悬而未解的问题:星系应该透过引力吸引附近物质来成长茁壮,随着规模越来越大,星系开始互相吞食并融合成更大的星系,如果星系有等级区别,那也要从 Lv.1→2→3 循序增长至 Lv.10,而不是直接从 Lv.1 变成 Lv.10。
然而现实是:我们只找到了 Lv.1 的超低质量星系和 Lv.10 的超巨大成熟星系,而处于恒星活跃形成阶段的中间星系几乎找不到。虽然先前曾有研究发现类似中间等级的星系,但数量实在太少,无法给出令人满意的答案。
为什么会这样呢?科学家认为最大原因是有东西挡住了望远镜观测。
最近,亚利桑那大学天文学家 Christina Williams 团队在利用阿塔卡马大型毫米及次毫米波阵列(ALMA)观测时,忽然在一个没有已知星系存在的区域发现一道微弱光芒,且就像黑暗中的鬼火从无到有,而当发现这个星系的光在其他波长下都看不见时,研究人员变得兴奋,因为这说明光来自很遥远的地方,明明暗暗又微弱很可能是被尘埃云掩盖。
研究人员认为,这道光是由位于年轻星系内部的恒星加热尘埃粒子所引起,但一片巨大的尘埃云掩盖了恒星自身光芒,导致整个星系微弱不可见。
团队估计,发出光芒的对象是个距离地球 125 亿光年远的星系,命名“3MM-1”,它的恒星数量跟银河系差不多,但形成新生恒星的速度是银河系的 100 倍。现在,我们不知道早期宇宙到底还藏了多少这种巨大星系,订于 2021 年 3 月发射升空 NASA 詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)能直接看透尘埃面纱,告诉科学家这些星系的真正大小以及增长速度,帮助厘清现有模型无法解释的疑点。
新论文发表在《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)。
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(首图来源:斯威本理工大学)
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