現今最大質量星系的狂野年少階段

天文學家Ryan Hickox等人，結合歐南天文台（ESO）位在智利的12米APEX電波望遠鏡（Atacama Pathfinder Experiment）與LABOCA相機的觀測資料，以及超大望遠鏡（Very Large Telescope）、史匹哲太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）和其他觀測設備的資料，發現早期宇宙最強力的恆星誕生階段，與現今宇宙中質量最大的星系之間最有力的關連性。在宇宙早期的年少時代，這些星系中的恆星形成現象一度非常劇烈，但後來卻驟然終止，使得這些星系的總質量雖然非常龐大，但整個星系卻死氣沈沈，僅有年少時代形成的恆星隨時間逐漸衰老，鮮少在有新血加入。Hickox等人認為造成大量恆星形成現象驟然終止的兇手，就是因為星系中心出現了超大質量黑洞（supermassive black hole）。

Hickox等人其實是在觀察明亮而遙遠的星系聚集成星系團的過程；其中，右上方影像中紅色部分即為LABOCA所偵測到的早期星遽增星系。當星系聚集得愈緊密，在它們周圍形成的暗物質暈（halos of dark matter）的總質量也會隨之愈龐大。目前天文學家已知星系絕大部分質量其實是不可見且目前尚未確定性質為何的暗物質，只能藉由暗物質和一般物質之間的重力交互作用得知它們的存在。Hickox等人的研究是迄今關於這類星系聚集狀況最精密的測量成果。

由於早期星系距離我們約100億光年遠，換言之，這些星系所發出的光得花上至少100億年才能抵達我們，所以我們所見到的星系光芒其實是100億年前所發出的。在宇宙這麼年輕的時期，星系正處在恆星形成非常劇烈的星遽增（starburst）階段。藉由測量星系周圍的暗物質暈質量，並利用電腦模擬這些暗物質暈隨時間成長的情況，這些天文學家發現這些遙遠的星遽增星系會逐漸變成巨橢圓星系（giant elliptical galaxies）；這類巨橢圓星系往往是現今宇宙中質量最大的星系。Hickox表示：這是首度有清楚的關連性，將早期宇宙中的星遽增星系和現今質量最大的星系連結起來。

再者，這個新觀測結果也指出：這些遙遠星系中明亮的星遽增現象大約僅持續了1億年左右，以天文尺度而言，算是非常短的一段時間，然而這些星系的恆星數量卻在這麼短的時間內增加為原來的2倍左右，然後如此強盛的恆星誕生過程卻嘎然終止。天文學家早就已知巨橢圓星系在很久以前突然停止製造新恆星，至今未恢復，但不太清楚原因。現在，或許從Hickox等人的研究結果可以找到答案。

在恆星大量誕生階段，這些星遽增星系聚集成團的過程與類星體（quasar）類似，所以它們應該會處在同一團暗物質暈中。類星體是宇宙中已知最強力的天體，受其中心超大質量黑洞的牽引而發射出極強的輻射，因此即使位在距離很遠的地方，看起來仍非常明亮。而這些星遽增星系的強烈恆星誕生過程也造成大量物質落入類星體的超大質量黑洞，或許是促進超大質量黑洞威力的來源之一。但當類星體增強後，發出極強的輻射，卻會將星系中製造新恆星用的殘餘氣體吹走，星系中的恆星劇烈誕生過程也因而中斷。

資料來源：The Wild Early Lives of Today’s Most Massive Galaxies [2012.01.25]

轉載自台北天文館之網路天文館網站