據美媒7月8日報道，天文學家觀測到了一顆70億年來始終未發生變化的星系，這在宇宙中極為罕見，為人們窺探宇宙歷史提供了線索，也豐富了被稱為遺跡或“化石星系”的神秘天體集合。

這些太空奇觀在經歷了初始階段的劇烈恒星形成后，便偏離了預期的演化軌跡。當其他星系不斷擴張并相互融合時，化石星系卻幾乎處于休眠狀態。它們如同天體時間膠囊，展現了遠古宇宙的面貌，讓天文學家得以探究星系形成的機制。

新發現的化石星系被命名為KiDS J0842+0059，距離地球約30億光年，是迄今發現的最遙遠且首個在地球所在局部宇宙（即距離地球最近、半徑約10億光年的空間區域）之外被觀測到的此類星系。該星系由意大利國家天體物理研究所（INAF）領導的天文學家團隊利用亞利桑那州的大型雙筒望遠鏡的高分辨率成像技術發現。

“遺跡星系只是偶然沒有與其他任何星系融合，從而在時間的長河中保持了相對完整的狀態，”意大利國家天體物理研究所研究員、5月31日發表于《皇家天文學會月刊》上的相關研究論文的第一作者克雷申佐·托托拉）說，“這些天體極為罕見，因為隨著時間的推移，星系與其他星系融合的概率自然會增加。”

結構緊湊，質量巨大

據英國牛津大學研究員、該研究論文合著者基亞拉·斯皮涅洛介紹，天文學家認為，質量最大的星系分兩個階段形成。她說，“首先，星系會經歷一次早期的恒星形成爆發，這是一種非常迅速且劇烈的活動，最終，我們會得到一個非常緊湊、小巧的天體，也就是這種遺跡星系的前身。”

她補充道，第二個階段則是一個漫長的過程，在此期間，鄰近的星系開始相互作用、融合并吞噬彼此，導致它們的形狀、大小和恒星種群發生巨大變化。“我們將遺跡定義為幾乎完全跳過了第二階段的天體，即它們至少75%的質量是在第一階段形成的，”斯皮涅洛解釋道。化石星系的顯著特征是它們非常古老、緊湊且密集，遠超我們所在的銀河系。

她說，“它們包含著（數十億）顆像太陽一樣巨大的恒星，并且不再形成新的恒星，它們基本上什么也不做，是遠古宇宙的化石記錄，它們在宇宙非常非常年輕的時候就形成了。然后，出于我們目前尚不清楚的原因，它們沒有與其他星系發生相互作用。它們沒有與其他星系融合。它們在不受干擾的情況下演化，并保持了原有的狀態。”

牛津大學天體物理學教授米歇爾·卡佩拉里表示，化石星系至關重要，因為它們與數十億年前存在的大質量星系群體有著直接聯系。“作為‘活化石’，它們避開了大多數其他大質量星系所經歷的混亂融合和增長過程。研究它們使我們能夠重建宇宙嬰兒時期的條件，并理解恒星形成的初始爆發，”他說。

他補充道，這些星系為何如此突然地停止形成恒星是一個重大問題。“來自本地和（遙遠）觀測的證據表明，超大質量黑洞的反饋作用可能是罪魁禍首，這些黑洞能產生強大的風，將星系中的氣體排出或加熱，從而阻止進一步的恒星形成。然而，這仍是一個活躍的研究領域。”

未來不確定

科學家們最初是在2018年利用位于智利帕拉納爾天文臺的VLT巡天望遠鏡發現KiDS J0842+0059的。那次觀測揭示了該星系由非常古老的恒星組成，但僅對其質量和大小進行了估算，因此需要更詳細的觀測來確認它是否為遺跡。此次用于確認的大型雙筒望遠鏡能夠拍攝出非常清晰的圖像，因為它能夠補償大氣湍流的影響，而大氣湍流往往會使地面望遠鏡難以聚焦于遙遠的天體。

新發現的化石星系加入了一個僅有少數其他星系組成的群體，這些星系都以相同的細節水平被觀測到，其中最原始的被稱為NGC 1277于2018年被哈勃太空望遠鏡確認。

NGC 1277和KiDS J0842+0059非常相似，但后者距離地球更遠。據斯皮涅洛介紹，后者幾乎完全符合化石星系的定義。她說，“這就是我們所說的極端遺跡，因為它幾乎所有的恒星，或者說99.5%的恒星，都是在宇宙早期極其短暫的時間內形成的，而此后該星系就再也沒有任何變化。”

斯皮涅洛補充道，與我們的銀河系一樣，這個化石星系也有恒星和行星，但它的密度要大得多。她說，“在極小的空間內會有更多的恒星，所以那里會非常擁擠，而且，由于附近可能存在干擾的伴星，要找到像我們這樣的擁有多顆行星繞其運行的太陽系將會困難得多。”

由于光從KiDS J0842+0059星系傳播到地球需要30億年的時間，因此觀察者看到的該星系是30億年前的樣子。斯皮涅洛推測，這個遺跡可能會永遠保持原狀，但科學家們無法確定，因為他們仍然不知道是什么阻止了它與其他星系的相互作用。“一定有什么因素阻止了它們融合，但不知道是什么因素，我們就無法真正預測未來會發生什么，”斯皮涅洛說。

“百萬分之一”

據西班牙拉古納大學和加那利天體物理研究所的河外天文學家塞巴斯蒂安·科梅隆介紹，識別化石星系并確認其性質非常困難，部分原因是與銀河系等普通星系相比，它們相對罕見且體積較小。他說，確認遙遠遺跡星系的存在證明了用于識別這些天體的搜索策略以及現代儀器的先進性。

“化石星系很神秘，”未參與該研究的科梅隆在一封電子郵件中補充道，“如今，少數星系作為首批大型星系的未受觸動的遺跡，這一事實需要得到解釋。”

天文學家無法確定遺跡星系的稀有程度，但斯皮涅洛估計，在宇宙所有星系中，遺跡星系可能“百萬分之一都不到”。旨在發現和編目化石星系并促成KiDS J0842+0059發現的INSPIRE項目已經確定了其他幾十個候選星系，這些候選星系正在接受進一步審查，斯皮涅洛說。

新儀器可能會使這一搜索更加有效。斯皮涅洛和托托拉都對歐幾里得太空望遠鏡感到興奮。歐幾里得是歐洲航天局于2023年發射的望遠鏡，旨在探索暗物質和暗能量，同時也將有助于觀測化石星系。

斯皮涅洛說，“歐幾里得望遠鏡將帶來變革性的影響，因為它不是一次只觀測一個天體，而是其廣域巡天配置將覆蓋更廣闊的區域。我們的想法是找到一片天空中的所有星系，然后篩選出所有超緊湊的星系。如果你這樣做，那么你實際上就可以估算出（化石星系）的稀有程度。”

卡佩拉里在一封電子郵件中表示，在如此遙遠的距離確認遺跡星系KiDS J0842+0059是一項非凡的成就，而這一領域的未來前景非常廣闊。“借助詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和歐幾里得望遠鏡（幾個月前剛剛發布了首批圖像）等強大的新型望遠鏡，以及地面上的先進自適應光學技術，我們有望在更遙遠的距離發現并研究更多此類遺跡。”