XMM-2599是一個在宇宙形成早期就存在的星系，它在138億-120億年前之間某個時間就停止膨脹，120億年前就已經(jīng)死亡，而在118億年前其質(zhì)量就有3000億個太陽的質(zhì)量。XMM-2599以每年生長1000個太陽質(zhì)量的速度連續(xù)生長了5億年，達到了如此大的質(zhì)量。數(shù)字模型預測了這種超大質(zhì)量星系的存在，但它認為這種星系應該還在活躍地形成恒星。

天文學家發(fā)現(xiàn)了一個給早期宇宙模型帶來麻煩的巨型星系。

在宇宙只有18億歲時，XMM-2599星系就已經(jīng)是個“巨人”了。不過，那時它也“死掉了”。

在138億年前（宇宙大爆炸）到120億年前的這段時間里，這個星系在強烈的恒星形成活動（星暴）中迅速膨脹，然后完全停了下來。

上圖為三類星系。左側為大質(zhì)量有塵埃遮蔽的活躍星系，中間為不活躍的紅星系，右側為藍致密星系。圖源：NRAO/AUI/NSF/B. Saxton; NASA/ESA/R. Foley; NASA/StScI

加州大學河濱分校物理學家及天文學家本杰明·福勒斯特說道：“實際上在宇宙20億歲時，這個星系就已經(jīng)產(chǎn)生了超過3000億個太陽質(zhì)量的恒星，這也讓它成為了一個超大質(zhì)量星系?！?/p>

“更顯著地，根據(jù)我們的分析表明，在宇宙還不到10億歲時，XMM-2599星系十分‘狂熱’地產(chǎn)生了大部分恒星（與它沉寂前的恒星數(shù)量相比），并且僅在宇宙18億歲時就沒那么活躍了”，福勒斯特繼續(xù)說道。

上圖為哈勃望遠鏡觀測的NGC1569核心區(qū)附近的星暴活動。圖源：Wikipedia

很長一段時間，天文學家都認為巨型星系是不能在早期宇宙中形成的。隨著科技的進步，我們變得能更好地窺視遙遠的時空，因此許多理論假設都受到了挑戰(zhàn)。

根據(jù)現(xiàn)有的宇宙學模型，早期宇宙中充斥著大量物質(zhì)，并且它們不應該有時間生長。不過數(shù)值模型可以對類似XMM-2599大質(zhì)量星系的存在做出解釋。

但有什么東西能夠如此迅速地膨脹然后就突然停止呢？這又是另一件怪事！

事實上，XMM-2599并不是第一個“怪胎”。若干年前，天文學家發(fā)現(xiàn)了一個大質(zhì)量星系ZF-COSMOS-20115。它曾有過恒星誕生，不過在宇宙17億歲時突然停止了。不過，ZF-COSMOS-20115“只有”1700億太陽質(zhì)量，僅是XMM-2599的一半多。

加州大學河濱分校物理學家及天文學家吉莉安·威爾遜說道：“在這一時期，很少有已經(jīng)停止恒星誕生的星系，像XMM-2599這樣大質(zhì)量的更是沒有?！?/p>

“僅是像XMM-2599這樣超大質(zhì)量星系的存在就足以挑戰(zhàn)現(xiàn)有的數(shù)值模型。雖然在這個時期如此大質(zhì)量的星系非常罕見，模型也確實預測到了它們，不過，模型顯示它們?nèi)杂谢钴S的恒星形成活動，這是與觀測不一致的地方?！?/p>

“XMM-2599如此引人注目、非同尋常且令人驚奇的原因就在于，可能由于停止獲取燃料或者中心黑洞變得活躍，它之中不再有恒星誕生了。我們的研究結果要求對早期宇宙星系中的恒星形成模型予以修正?！?/p>

上圖為星系中心超大質(zhì)量黑洞吸積物質(zhì)的藝術設想圖。黑洞的活躍與否會影響星系整體的恒星形成率。圖源：Wikipedia

基于對該星系的光譜觀測，研究團隊能拼湊出XMM-2599的恒星形成歷史。為了變得如此之大，它必須在大約持續(xù)5億年的星暴活動高峰期中每年新生1000個太陽質(zhì)量的恒星。

目前銀河系的恒星形成率大約為每年3~4個太陽質(zhì)量。

如上圖，通過繪制放射性元素鋁26的銀河系分布圖，科學家可以確定銀河系每年的恒星形成與死亡數(shù)目。圖源：MPE Garching/Roland Diehl

盡管XMM-2599的峰值恒星形成率很高，不過這相對它很長的時間周期而言并不特別。2008年，科學家發(fā)現(xiàn)一個名為EQ J100054+023435的星系在122億年前每年產(chǎn)生著超過1000個太陽質(zhì)量的恒星。不過，如ZF-COSMOS-20115一般，它比XMM-2599輕多了，只有100億個太陽質(zhì)量。而且它還活躍著。

在過去這些年里，模擬軟件性能有了極大提升，并且能解釋宇宙早期的極端恒星形成現(xiàn)象。不過它還不能給出導致大質(zhì)量星系（正如上述的ZF-COSMOS-20115與XMM-2599）沉寂的條件。

上圖為千禧年模擬，紫色網(wǎng)格為宇宙大尺度結構，通過放大拉近可得到更小尺度結構。通過這類模擬，我們能到從宇宙開始到現(xiàn)在的演化過程，并對未來做出預言，不過模擬仍受制于計算力。圖源：Millennium Simulation Project

所以，對于XMM-2599有很多疑問。它是由其它星系形成的嗎？又是什么讓它沉寂的呢？

還有，從120億年前到現(xiàn)在的這段時間里，它會演化成什么？它會一直保持沉寂還是像銀河系一樣“起死回生”，或者會發(fā)生其他的事？

上圖為從宇宙大爆炸初始（右上角）到現(xiàn)在我們存在的空間（左下角）的歷史回顧藝術圖。在一定程度上，我們看到的永遠都是過去。圖源;?Robin Dienel/Carnegie Institute of Science

“我們已經(jīng)看到了沉寂狀態(tài)的XMM-2599”，威爾遜說道。

“我們不知道它現(xiàn)在會變成什么樣子。我們只知道它不會損失質(zhì)量。它周圍會發(fā)生什么？這是個有趣的問題。隨著時間的推移，它的引力能吸引周圍的活躍星系然后變成一座很亮的‘星系之城’嗎？”

伙計，宇宙簡直太瘋狂了。

該研究已發(fā)表在天體物理學雜志通信中。

BY: MICHELLE STARR

FY:?蘭陵花

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