韋布望遠(yuǎn)鏡在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)罕見無自轉(zhuǎn)巨型星系

IT之家 5 月 10 日消息，天文學(xué)家借助詹姆斯?韋布太空望遠(yuǎn)鏡，在一個(gè)遙遠(yuǎn)的早期星系中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)出人意料的特征。盡管該星系形成于宇宙尚處于非常年輕的時(shí)期，卻沒有呈現(xiàn)出任何旋轉(zhuǎn)跡象。

加州大學(xué)戴維斯分校物理與天文學(xué)系研究科學(xué)家、這項(xiàng)于 5 月 4 日發(fā)表在《自然?天文學(xué)》期刊上研究的第一作者本?福里斯特解釋稱，這種天體特征通常僅出現(xiàn)在距離地球近得多、且已演化成熟的巨型星系中。

福里斯特表示：“這個(gè)星系完全沒有表現(xiàn)出任何旋轉(zhuǎn)的跡象，這一點(diǎn)既令人意外，也極具研究?jī)r(jià)值。”

星系為何理應(yīng)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)

據(jù)IT之家了解，現(xiàn)有天體模型認(rèn)為，星系在形成之初就會(huì)開始旋轉(zhuǎn)。向內(nèi)流動(dòng)的氣體與引力牽引會(huì)產(chǎn)生角動(dòng)量，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)星系系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)起來。

歷經(jīng)數(shù)十億年的演化，星系之間會(huì)發(fā)生碰撞與合并，在星系密集星團(tuán)中尤為常見。這類反復(fù)的相互作用，既可能增強(qiáng)星系自轉(zhuǎn)，也可能抵消其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。最終，部分近鄰星系整體自轉(zhuǎn)微弱，星系內(nèi)恒星僅做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

由于這類演化轉(zhuǎn)變本被認(rèn)為需要極其漫長(zhǎng)的時(shí)間，因此在宇宙年齡尚不足 20 億年時(shí)，就在編號(hào)為 XMM-VID1-2075 的星系中觀測(cè)到這一現(xiàn)象，令科學(xué)界倍感意外。

早期誕生的巨型星系

福里斯特及其團(tuán)隊(duì)隸屬于 MAGAZ3NE（紅移大于 3 的近紅外遠(yuǎn)古大質(zhì)量星系巡天項(xiàng)目），此前已利用夏威夷的 W.M. 凱克天文臺(tái)對(duì)該星系開展過研究。

福里斯特說：“此前 MAGAZ3NE 項(xiàng)目的觀測(cè)已證實(shí)，它是早期宇宙中質(zhì)量最大的星系之一，恒星數(shù)量已是銀河系的數(shù)倍；同時(shí)還確認(rèn)該星系早已停止誕生新恒星，是極具研究?jī)r(jià)值的后續(xù)觀測(cè)目標(biāo)。”

韋布望遠(yuǎn)鏡揭秘星系內(nèi)部運(yùn)動(dòng)

研究團(tuán)隊(duì)利用詹姆斯?韋布太空望遠(yuǎn)鏡，對(duì) XMM-VID1-2075 星系以及另外兩個(gè)同期星系展開觀測(cè)，得以追蹤每個(gè)星系系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

福里斯特解釋道：“這類研究在近鄰星系中已有大量開展，因?yàn)樗鼈兙嚯x地球更近、視尺寸更大，可通過地面望遠(yuǎn)鏡完成觀測(cè)；但對(duì)高紅移星系開展同類研究難度極大，這類星系在天空中看起來極其渺小。詹姆斯?韋布太空望遠(yuǎn)鏡，真正推動(dòng)了該領(lǐng)域的研究前沿。”

在三個(gè)觀測(cè)星系中，一個(gè)有著明顯自轉(zhuǎn)，一個(gè)結(jié)構(gòu)呈不規(guī)則狀態(tài)，第三個(gè)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，但內(nèi)部恒星存在劇烈的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

福里斯特表示：“這類特征與本宇宙局部區(qū)域的部分巨型星系特征一致，但在宇宙早期就發(fā)現(xiàn)這樣的星系，仍有些出乎意料。”

星系停止自轉(zhuǎn)的潛在原因

科研人員目前正致力于探究，該星系為何能在極短時(shí)間內(nèi)演化成科學(xué)界所稱的低速自轉(zhuǎn)星系。

一種合理推測(cè)是：它并非歷經(jīng)多次星系合并逐步演化，而是源于一次劇烈的星系碰撞。若兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向近乎相反的星系發(fā)生碰撞，彼此的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)便會(huì)相互抵消。

福里斯特說：“我們觀測(cè)到這個(gè)星系一側(cè)存在明顯的強(qiáng)光溢出現(xiàn)象，這暗示有其他天體闖入并與該星系發(fā)生相互作用，或許正在改變其內(nèi)部動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)?！?/p>

搜尋更多無自轉(zhuǎn)星系

該研究團(tuán)隊(duì)仍在持續(xù)搜尋宇宙早期的同類無自轉(zhuǎn)星系。通過將實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果對(duì)比，科學(xué)家能夠檢驗(yàn)現(xiàn)行的星系形成理論是否成立。

福里斯特稱：“部分天體模擬預(yù)測(cè)，宇宙早期會(huì)存在極少數(shù)無自轉(zhuǎn)星系，但這類天體本應(yīng)十分稀少。我們通過觀測(cè)搜尋這類星系，既能驗(yàn)證模擬結(jié)果，也能探明其實(shí)際分布數(shù)量，進(jìn)而判斷現(xiàn)有星系演化理論是否準(zhǔn)確。”