宇宙中大多數(shù)星系都在旋轉(zhuǎn)，這幾乎是天文學(xué)的常識(shí)。但韋伯太空望遠(yuǎn)鏡最近找到了一個(gè)例外，而且這個(gè)例外偏偏出現(xiàn)在宇宙最年輕的時(shí)期，把一群天文學(xué)家結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)地驚了一跳。

一個(gè)"本不該存在"的星系狀態(tài)

這個(gè)星系名叫XMM-VID1-2075，形成于大爆炸之后不到20億年，距今約120億年前。

按照現(xiàn)有的星系形成理論，年輕星系應(yīng)該處于動(dòng)蕩而活躍的狀態(tài)：氣體持續(xù)涌入，恒星大量誕生，整體結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)中逐漸成形。這是因?yàn)闅怏w向星系中心匯聚時(shí)會(huì)攜帶角動(dòng)量，就像水流入浴缸排水口時(shí)會(huì)形成漩渦一樣，幾乎是物理上的必然結(jié)果。

但XMM-VID1-2075完全不是這樣。

它的質(zhì)量是銀河系的數(shù)倍，恒星數(shù)量龐大，卻已經(jīng)停止了新恒星的形成，科學(xué)家把這類星系稱為"死亡星系"或"靜止星系"。更奇怪的是，它完全沒有表現(xiàn)出整體旋轉(zhuǎn)的跡象，內(nèi)部恒星呈現(xiàn)出雜亂的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，而非整齊劃一地繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

這種狀態(tài)在銀河系附近的一些巨型成熟星系中并不少見，那些星系通常經(jīng)歷了數(shù)十億年的演化和反復(fù)碰撞合并，才逐漸"累"到失去旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

但XMM-VID1-2075只有不到20億歲，它憑什么這么早就"老態(tài)龍鐘"？

加州大學(xué)戴維斯分校研究科學(xué)家本·福雷斯特是這項(xiàng)發(fā)表于《自然·天文學(xué)》的研究的主要作者，他直言："這令人驚訝，也非常有趣。"

韋伯望遠(yuǎn)鏡做到了地面望遠(yuǎn)鏡做不到的事

要觀測(cè)一個(gè)120億光年之外的星系內(nèi)部氣體和恒星的運(yùn)動(dòng)，在以前幾乎是不可能完成的任務(wù)。

遙遠(yuǎn)的星系在天空中看起來極為微小，地面望遠(yuǎn)鏡受到大氣擾動(dòng)和角分辨率的限制，很難分辨其內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)。這也是為什么過去對(duì)星系內(nèi)部動(dòng)力學(xué)的研究，大多局限于相對(duì)近鄰的星系。

韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的近紅外積分場(chǎng)光譜儀改變了這一局面。它能夠同時(shí)采集來自同一天區(qū)不同位置的光譜，相當(dāng)于對(duì)整個(gè)星系的每一個(gè)區(qū)域同時(shí)做光譜分析，從而繪制出星系內(nèi)部物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度圖。

研究團(tuán)隊(duì)利用這一能力，對(duì)XMM-VID1-2075及同時(shí)期的另外兩個(gè)星系進(jìn)行了觀測(cè)比較。三個(gè)星系中，一個(gè)明顯在旋轉(zhuǎn)，一個(gè)結(jié)構(gòu)不規(guī)則，只有XMM-VID1-2075完全沒有旋轉(zhuǎn)信號(hào)，只有強(qiáng)烈的隨機(jī)速度彌散。

福雷斯特表示，韋伯望遠(yuǎn)鏡正在將這類研究真正推向高紅移宇宙的前沿，這在以前是做不到的。

是誰"剎住"了它的旋轉(zhuǎn)

這個(gè)問題現(xiàn)在是研究團(tuán)隊(duì)最想弄清楚的核心謎題。

通常被認(rèn)為能夠消除星系旋轉(zhuǎn)的機(jī)制，是星系之間反復(fù)的碰撞與合并。當(dāng)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的星系發(fā)生碰撞時(shí)，它們各自的角動(dòng)量可能相互抵消，最終導(dǎo)致合并后的星系失去整體旋轉(zhuǎn)。但這個(gè)過程通常被認(rèn)為需要非常漫長(zhǎng)的時(shí)間積累。

XMM-VID1-2075的年齡，似乎不足以支撐"漫長(zhǎng)歷史"這個(gè)解釋。

研究團(tuán)隊(duì)注意到一個(gè)細(xì)節(jié)：在這個(gè)星系的側(cè)面存在明顯的光線過剩，暗示可能有另一個(gè)天體曾經(jīng)闖入這個(gè)系統(tǒng)，以一次劇烈的碰撞改變了它的整體動(dòng)力學(xué)。如果兩個(gè)角動(dòng)量方向相反的星系發(fā)生了一次"精準(zhǔn)對(duì)撞"，旋轉(zhuǎn)被抵消的時(shí)間可以大幅縮短。

但這目前仍是推斷，尚未得到直接證據(jù)的支撐。

另一個(gè)值得關(guān)注的背景是，早期宇宙中的密集星系團(tuán)環(huán)境，可能提供了更頻繁的星系間相互作用機(jī)會(huì)，這也可能加速了正常需要數(shù)十億年才能完成的演化進(jìn)程。

部分計(jì)算機(jī)模擬確實(shí)預(yù)測(cè)了早期宇宙中存在少量這類慢旋轉(zhuǎn)星系，但數(shù)量極為稀少。XMM-VID1-2075究竟是一個(gè)罕見的異常個(gè)例，還是早期宇宙中一類被低估的星系族群的代表，現(xiàn)在還無法回答。

研究團(tuán)隊(duì)正在用韋伯望遠(yuǎn)鏡繼續(xù)搜尋更多類似的早期靜止星系，通過積累樣本并與模擬結(jié)果對(duì)比，才能真正檢驗(yàn)現(xiàn)有的星系形成理論是否經(jīng)得起考驗(yàn)。

宇宙演化的劇本，或許比我們以為的更加復(fù)雜，也更加出人意料。