“紅色怪物”星系挑戰現有星系形成理論

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文：吳瑞昌

天文學家過去一直認為，宇宙中星團、星系和恒星的生成，基本都循著一個標準的“模型”。但近期三個與銀河系差不多大小的“紅色怪物”的被發現，打破了這一理論。

由瑞士日內瓦大學（UNIGE）與美國太空總署（NASA）組成的國際團隊，通過詹姆斯．韋伯望遠鏡（JWST）觀察目前人類認知的宇宙邊緣，想藉近紅外相機和棱鏡（NIRCam/grism）測量星系的精確距離和恒星質量，同時分析宇宙誕生後的10億年模樣。

研究團隊選擇36個由大量塵埃構成的星系進行分析。這些星系因其獨特的紅色和突出的發射線而被選中，這表明它們質量巨大且被塵埃明顯遮擋，大多數星系都符合星系形成的理論模型（拉姆達冷暗物質模型）。不過，其中三個“紅色怪物”（redmonster）星系的影像引起研究人員的註意。它們不僅是成熟的星系，還是質量和體積巨大的星系，裏面灰塵含量高，且有異常高的恒星形成率，是後來宇宙中形成的星系的2到3倍。

另外，這三個質量巨大星系，將自身的50%氣體（氫氣和一些物質）轉化為恒星。而人們現在觀測到的多數星系，大多是將自身的20%的氣體轉化為恒星。

這次觀測結果，可以說打破過去的星系形成理論模型，讓天文學家一度認為這三個“紅色怪物”不應該存在。

過去，天文學家在理論模型的基礎上認為，早期形成的星系是無法在短時間內快速生成大星系，因為裏面的恒星生成率，要比其它年輕的星系低上許多，因此這些老年星系在體積和質量上，應該無法與銀河系相比擬。

雖然“紅色怪物”加速成長的確切原因依然是個謎，但天文學家猜測它們可能是基於更豐富的氣體、更快的氣體冷卻速率，或其它尚未了解因素導致的。

研究人員表示，未來他們會利用JWST和阿塔卡馬大型毫米及次毫米波陣列（ALMA）、北方擴展毫米陣列（NOEMA）和深度JWST光譜，去觀察這些超大“紅色怪物”，以便進行更深入的了解。該研究論文於11月13日發表在《自然》科學雜志上，共獲得107家媒體的報導。

該論文的主要作者、日內瓦大學理學院天文學系的博士後研究員肖夢媛（MengyuanXiao，音譯）對該校新聞室說，“我們的發現正在重塑我們對早期宇宙中星系形成的理解。現在這些研究結果表明，早期宇宙中的星系，可以用我們意想不到的效率形成恒星。‘紅色怪物’只是我們探索早期宇宙的新時代的開始。”

巴黎薩克雷CEA研究主任大衛．埃爾巴茲博士解釋說，“這些‘紅色怪物’的巨大特性在韋伯望遠鏡觀測之前，幾乎無法確定存在。因為它們被大量塵埃蒙蔽，導致光學上幾乎是不可見的。”

論文的合著者、巴斯大學物理系河外天文學教授斯蒂恩．伍茲在一份聲明中表示，“三個如此巨大的怪物，已經生成一個奇妙的謎題。因為過去認為正常的星系在演化過程中，大都傾向於限速步驟，只讓部分的氣體轉化成恒星，但這些紅色怪物似乎避開這個限制。”

發稿：2024年12月21日