韦布望远镜在早期宇宙中发现罕见无自转巨型星系

天文学家最近借助詹姆斯・韦布太空望远镜，在一个遥远的早期星系中发现了一个令人费解的特征。这个星系形成于宇宙还非常年轻的时期，却出人意料地没有表现出任何旋转的迹象。

这项研究于5月4日发表在《自然・天文学》期刊上。第一作者、加州大学戴维斯分校的物理与天文学系研究科学家本・福里斯特指出，这种缺乏自转的特征，通常只在距离我们更近、且已经演化成熟的巨型星系中才会出现。

“这个星系完全没有表现出任何旋转的迹象，”福里斯特说，“这一点既令人意外，也极具研究价值。”

星系为何理应产生自转

根据现有的天体模型，星系在诞生之初就应该开始旋转。向内流动的气体在引力作用下聚集，会自然产生角动量，从而带动整个星系系统运转起来。

在随后数十亿年的漫长演化中，星系之间会发生碰撞与合并，这种现象在星系密集的星团中尤为常见。这些反复的相互作用，就像宇宙中的“搅拌”过程，既可能增强星系的自转，也可能相互抵消，削弱其旋转运动。最终，我们邻近宇宙中的一些巨型星系，整体自转就非常微弱，其内部的恒星主要进行着杂乱无章的运动。

关键在于，这种从旋转到无序的演化转变，通常被认为需要极其漫长的时间。因此，在宇宙年龄还不到20亿年的时候，就在编号为XMM-VID1-2075的星系中观测到这一现象，着实让科学界感到惊讶。

早期诞生的巨型星系

福里斯特和他的团队隶属于MAGAZ3NE项目（即红移大于3的近红外远古大质量星系巡天项目）。在此之前，他们已经利用夏威夷的W.M.凯克天文台对这个星系进行过研究。

“早先的观测已经确认，它是早期宇宙中质量最大的星系之一，”福里斯特解释道，“其恒星数量已经是银河系的好几倍。同时，它也已经停止了孕育新的恒星，这使其成为一个极具价值的后续深度观测目标。”

韦布望远镜揭秘星系内部运动

正是借助詹姆斯・韦布太空望远镜的强大观测能力，研究团队得以对XMM-VID1-2075星系以及另外两个同时期的星系进行深入探测，追踪每个星系系统内部物质的运动状态。

福里斯特进一步说明：“这类动力学研究在近邻星系中已经开展了很多，因为它们离得近、看起来大，地面望远镜就能胜任。但对于这些高红移的遥远星系来说，它们在天空中看起来就像一个小点，研究难度极大。韦布望远镜的出现，真正将这一领域的研究前沿推向了宇宙的更深处。”

观测结果颇具多样性：三个星系中，一个表现出明显的自转，一个结构不规则，而第三个——也就是XMM-VID1-2075——则完全没有自转，但其内部的恒星却在进行着剧烈的无序运动。

“这类特征与我们本地宇宙中部分巨型星系的特征是一致的，”福里斯特表示，“但在宇宙如此早期的阶段就发现这样的星系，仍然有些出乎意料。”

星系停止自转的潜在原因

那么，一个关键问题浮出水面：这个星系是如何在极短的时间内，就演化成了天文学家所称的“低速自转星系”呢？

目前，一个合理的推测指向了剧烈的星系碰撞。它可能并非经历了多次温和的合并逐步演化，而是源于一次“硬碰硬”的正面交锋。想象一下，如果两个旋转方向几乎相反的星系撞在一起，它们的旋转运动很可能会相互抵消。

福里斯特的观测为这个猜想提供了线索：“我们在这个星系的一侧，观测到了明显的强光溢出现象。这暗示着，可能有其他天体闯入并与该星系发生了强烈的相互作用，或许正在从根本上改变其内部的动力学结构。”

搜寻更多无自转星系

这项发现只是一个开始。研究团队目前仍在持续搜寻宇宙早期是否存在更多类似的“不旋转”星系。通过将实际观测数据与超级计算机的模拟结果进行对比，科学家们能够检验当前主流的星系形成理论是否站得住脚。

福里斯特最后总结道：“一些天体模拟确实预测，在宇宙早期会存在极少数的无自转星系，但它们本应是非常罕见的。我们的工作就是通过观测去‘捕捉’它们，既是为了验证模拟的准确性，也是为了弄清它们实际的数量。这最终将帮助我们判断，现有的星系演化故事书，是否需要被重写。”