“红色怪物”星系 挑战现有星系形成理论

图为三个“红色怪物”星系，科学家认为它们是宇宙诞生后在10亿年间生成的星系，里面布满大量尘埃。(NASA/CSA/ESA/M.Xiao/P.A.Oesch/ G.Brammer)

天文学家过去一直认为，宇宙中星团、星系和恒星的生成，基本都循着一个标准的“模型”。但近期三个与银河系差不多大小的“红色怪物”的被发现，打破了这一理论。

由瑞士日内瓦大学（UNIGE）与美国太空总署（NASA）组成的国际团队，通过詹姆斯‧韦伯望远镜（JWST）观察目前人类认知的宇宙边缘，想藉近红外相机和棱镜（NIRCam/grism）测量星系的精确距离和恒星质量，同时分析宇宙诞生后的10亿年模样。

研究团队选择36个由大量尘埃构成的星系进行分析。这些星系因其独特的红色和突出的发射线而被选中，这表明它们质量巨大且被尘埃明显遮挡，大多数星系都符合星系形成的理论模型（拉姆达冷暗物质模型）。

不过，其中三个“红色怪物”（red monster）星系的影像引起研究人员的注意。它们不仅是成熟的星系，还是质量和体积巨大的星系，里面灰尘含量高，且有异常高的恒星形成率，是后来宇宙中形成的星系的2到3倍。

另外，这三个质量巨大星系，将自身的50%气体（氢气和一些物质）转化为恒星。而人们现在观测到的多数星系，大多是将自身的20%的气体转化为恒星。

这次观测结果，可以说打破过去的星系形成理论模型，让天文学家一度认为这三个“红色怪物”不应该存在。

过去，天文学家在理论模型的基础上认为，早期形成的星系是无法在短时间内快速生成大星系，因为里面的恒星生成率，要比其它年轻的星系低上许多，因此这些老年星系在体积和质量上，应该无法与银河系相比拟。

虽然“红色怪物”加速成长的确切原因依然是个谜，但天文学家猜测它们可能是基于更丰富的气体、更快的气体冷却速率，或其它尚未了解因素导致的。

研究人员表示，未来他们会利用JWST和阿塔卡马大型毫米及次毫米波阵列（ALMA）、北方扩展毫米阵列（NOEMA）和深度JWST光谱，去观察这些超大“红色怪物”，以便进行更深入的了解。该研究论文于11月13日发表在《自然》科学杂志上，共获得107家媒体的报导。

该论文的主要作者、日内瓦大学理学院天文学系的博士后研究员肖梦媛（Mengyuan Xiao，音译）对该校新闻室说，“我们的发现正在重塑我们对早期宇宙中星系形成的理解。现在这些研究结果表明，早期宇宙中的星系，可以用我们意想不到的效率形成恒星。‘红色怪物’只是我们探索早期宇宙的新时代的开始。”

巴黎萨克雷CEA研究主任大卫‧埃尔巴兹（David Elbaz）博士解释说，“这些‘红色怪物’的巨大特性在韦伯望远镜观测之前，几乎无法确定存在。因为它们被大量尘埃蒙蔽，导致光学上几乎是不可见的。”

论文的合著者、巴斯大学物理系河外天文学教授斯蒂恩‧伍兹（Stijn Wuyts）在一份声明中表示，“三个如此巨大的怪物，已经生成一个奇妙的谜题。因为过去认为正常的星系在演化过程中，大都倾向于限速步骤，只让部分的气体转化成恒星，但这些红色怪物似乎避开这个限制。”