天文學家過去一直認為,宇宙中星團、星系和恆星的生成,基本都循著一個標準的「模型」。但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,透過詹姆斯韋伯望遠鏡(JWST)觀察目前人類認知的宇宙邊緣,想藉近紅外相機和稜鏡(NIRCam/grism)測量星系的精確距離和恆星質量,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3個「紅色怪物」星系的影像引起研究人員的注意。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,且有異常高的恆星形成率,是後來宇宙中形成的星系的2到3倍。

另外,這3個質量巨大星系,將自身的50%氣體(氫氣和一些物質)轉化為恆星。而人們現在觀測到的多數星系,大多是將自身的20%的氣體轉化為恆星。

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3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,因為裏面的恆星生成率,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,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》科學雜誌上,共獲得107家媒體的報道。

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(Mengyuan Xiao,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恆星。『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(David Elbaz)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聖·伍茲(Stijn Wuyts)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,只讓部份的氣體轉化成恆星,但這些紅色怪物似乎避開這個限制。」@

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