科學家或將解開死亡星系之謎

最近天文學家首次展示了幾十億年前「死亡」星系裡的恆星形成是如何停息的。歐洲南方天文台甚大望遠鏡和美國宇航局/歐洲航天局哈勃太空望遠鏡揭示了宇宙大爆炸後30億年，這些星系的郊區仍在製造恆星，只不過星系內部的恆星形成已經停止。恆星形成的猝熄似乎起始於星系核心，並逐漸向外傳播。這項結果被發表在4月17日的期刊《科學》上。

天體物理學的一個重大謎題在於現代宇宙常見的巨大、靜止的橢圓星系是如何忽然停止了曾經如日中天的恆星形成。 這種巨大星系——因為其形狀也被稱為球狀體——中央一般包含非常密集的恆星，大約是銀河系的10倍，且質量也是後者的10倍。

天文學家將這種巨大星系稱為紅色和死亡星系，這主要是因為它們富含大量古代紅星且缺少年輕的藍星，此外沒有任何新恆星形成的跡象。這種紅星的年齡估計表明它們的宿主星系早在100億年前就停止製造新恆星了。這種猝熄始於宇宙恆星形成高峰期，當時很多星系產生恆星的速率比現在的速率快20倍。

「巨大的死亡球狀體包含的恆星數量大約是宇宙整個歷史產生的所有恆星數量的一半，」研究首席作者、蘇黎世聯邦理工學院的科學家桑德羅·塔凱拉（Sandro Tacchella）這樣說道。「除非我們理解了這些星系是如何產生的，否則我們無法說已經完全理解了宇宙是如何進化成現在的樣子。」

塔凱拉和同事觀察了22個質量不一、產生於宇宙大爆炸後30億年的星系。歐洲南方天文台甚大望遠鏡的紅外光譜儀（SINFONI）收集了這些樣本星系的光，精確的展示了它們批量產生恆星的位置。多虧了它的自適應光學系統——它可以很大程度上消除地球大氣層產生的模糊效應——SINFONI才能對這些遙遠星系進行細節測量。

研究人員還利用美國宇航局/歐洲航天局哈勃太空望遠鏡對相同的星系進行了觀測，這主要是藉助這台望遠鏡位於地球大氣層上方的地理位置優勢。哈勃太空望遠鏡的WFC3照相機拍攝了近紅外圖片，揭示了活躍恆星形成的星系裡更古老的恆星的空間分布。

「不可思議的是SINFONI自適應光學系統竟然可以消除大氣效應，收集新恆星出生的位置信息，且精確性不亞於哈勃對恆星質量分布的測量，」研究合作作者、瑞士蘇黎世瑞士聯邦理工學院的瑪塞拉·卡洛羅(Marcella Carollo)這樣評論道。

根據最新數據，樣本里最大的星系的外圍保持相對穩定的新恆星生產速率，然而在它們的腫脹部分，也就是密集的星系中央，恆星形成早已停止。

「最新展示的巨大星系由內及外傳播的恆星形成逐漸停止提供了其中涉及的潛在機制的新見解，而這是天文學家爭論已久的一個問題。」義大利國家天體物理研究所帕多瓦天文台的阿爾維奧·倫齊尼（Alvio Renzini）這樣表示。

主流理論認為製造恆星的材料因恆星中央超大質量黑洞在吞噬物質過程中釋放的大量能量而四處散落。另一項理論認為新鮮的氣體不再流入星系，從而導致製造新恆星的材料和能量不足，它本身也就變成紅色的死亡球狀體。

「目前有很多不同的理論模型解釋導致巨大球狀體死亡的物理機制，」研究合作者、德國加興市馬克斯普朗克外空物理學研究所娜塔莎·福斯特·施賴伯（Natascha F?rster Schreiber）這樣說道，「發現恆星猝熄始於中央並向外傳播是朝理解宇宙是如何進化成現在的樣子所邁出的重要一步。 」

「宇宙的年齡大約為138億年老，因此塔凱拉和同事研究的星系被觀察到的樣子大約是100億年前的情形。」

氣體不再進入流入星系，星系內部恆星缺乏養料，導致星系開始從內部萎縮直至死亡？科學家還需要進一步的證實。

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