天文學家發(fā)現(xiàn)30億光年外的“化石星系”

經(jīng)過雅格布·普里斯科，CNN

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美國東部時間2025年7月8日星期二下午12:03更新

一個國際研究小組使用亞利桑那州的大型雙目望遠鏡，發(fā)現(xiàn)了一個名為KiDS J0842+0059的遙遠星系，它幾十億年來一直保持不變，就像一個宇宙化石。

LBT天文臺

美國有線電視新聞網(wǎng) —

天文學家觀察到了一個70億年來保持不變的星系-這在宇宙中是罕見的-讓我們得以一窺宇宙歷史，并為一個被稱為遺跡或“化石星系”的神秘物體集合增添了一筆

這些奇怪的空間星系是在恒星密集形成的初始階段后，脫離了它們預期的進化路徑。當其他星系擴張并相互融合時，化石星系實際上保持不活躍。像天體時間膠囊一樣，它們提供了古代宇宙的快照，并允許天文學家檢查星系形成的機制。

新發(fā)現(xiàn)的化石星系——命名為KiDS j 0842+0059——大約30億光年從地球，使它成為最遙遠的和第一個在本地宇宙之外觀察到的同類物體，本地宇宙是距離地球最近的空間區(qū)域，半徑約為10億光年。它是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大型雙目望遠鏡的高分辨率成像發(fā)現(xiàn)的。

化石星系KiDS J0842+0059是用VLT巡天望遠鏡(左)觀察到的，用亞利桑那州的大型雙筒望遠鏡(右)以更高的分辨率觀察到的。

C.托爾托拉/INSPIRE/VST/ESO/LBT

“遺跡星系，只是碰巧，沒有與任何其他星系合并，隨著時間的推移或多或少地保持完整，”INAF的研究員、該發(fā)現(xiàn)研究的第一作者克雷森佐·托爾托拉說出版5月31日發(fā)表在《皇家天文學會月報》上?！斑@些物體非常罕見，因為隨著時間的推移，與另一個星系合并的概率自然會增加。”

非常緊湊，非常龐大

根據(jù)該研究的合著者之一、英國牛津大學研究員Chiara Spiniello的說法，天文學家認為最大質(zhì)量的星系分兩個階段形成。

“首先，有一個恒星形成的早期爆發(fā)，一個非?？焖俸蛣×业幕顒?，”她說。"我們最終得到了非常緊湊和小巧的東西，這就是這個遺跡的前身."

她補充說，第二階段是一個漫長的過程，在這個過程中，距離很近的星系開始相互作用，合并并相互吞噬，導致它們的形狀，大小和恒星數(shù)量發(fā)生非常劇烈的變化?！拔覀儗⑦z跡定義為幾乎完全錯過第二階段的物體，在第一階段形成了至少75%的質(zhì)量，”Spiniello解釋道。

化石星系的明顯特征是它們非常古老、致密，比我們的星系更加古老、致密。

“它們包含(數(shù)十億)像太陽一樣大的恒星，它們沒有形成任何新的恒星——它們基本上什么也沒做，它們是非常古老的宇宙的化石記錄，”她說。“它們形成于宇宙非常非常年輕的時候。然后，由于一些我們還不知道的原因，他們沒有互動。他們沒有和其他系統(tǒng)融合。它們不受干擾地進化，并且保持原樣。”

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牛津大學天體物理學教授Michele Cappellari說，化石星系至關重要，因為它們與數(shù)十億年前存在的巨大星系有直接聯(lián)系 他沒有參與這項研究?！白鳛?活化石’，它們避免了大多數(shù)其他大質(zhì)量星系經(jīng)歷的混亂合并和增長。研究它們使我們能夠重建宇宙在其嬰兒期的條件，并理解恒星形成的最初爆發(fā)，”他說。

他補充說，是什么導致這些星系如此突然地停止形成恒星是一個主要問題?！皝碜员镜睾?遙遠)觀測的證據(jù)表明，來自超大質(zhì)量黑洞的反饋可能是負責任的，”卡佩拉里說。“這些黑洞可以產(chǎn)生強大的風，驅(qū)逐或加熱星系中的氣體，阻止進一步的恒星形成。然而，這仍然是一個活躍的研究領域。”

不確定的未來

科學家最初在2018年通過使用VLT巡天望遠鏡(VST)在智利的帕拉納爾天文臺。那次觀察顯示，該星系由非常古老的恒星組成，但只提供了對其質(zhì)量和大小的估計，因此需要更詳細的觀察來確認它是一個遺跡。用于確認的大型雙筒望遠鏡可以提供非常清晰的圖像，因為它能夠補償大氣湍流，否則地球望遠鏡很難聚焦遙遠的物體。

大型雙筒望遠鏡的自適應副鏡糾正了視覺扭曲，使化石星系的發(fā)現(xiàn)成為可能。

雷納托·塞里索拉

新發(fā)現(xiàn)的化石星系加入了少數(shù)幾個在相同細節(jié)水平上被觀察到的其他星系的行列，其中最原始的一個被稱為NGC 1277確認的哈勃太空望遠鏡拍攝的照片。

NGC 1277和KiDS J0842+0059非常相似，但后者距離地球要遠得多。根據(jù)Spiniello的說法，它幾乎完全符合化石星系的定義。

“這就是我們所說的極端遺跡，”她說，“因為幾乎所有或99.5%的恒星都是在宇宙時間的早期形成的，而這個星系在那之后什么也沒做。”

Spiniello補充說，化石星系有恒星和行星，就像我們的星系一樣，但它密度更大?！霸谝粋€非常非常小的空間里會有更多的星星，所以會非常擁擠，”她說。“找到像我們這樣的太陽系會困難得多，因為有許多行星繞著它轉(zhuǎn)，只是因為附近有伴星干擾的機會?！?/p>

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KiDS J0842+0059在觀測者看來就像30億年前一樣，因為這是來自銀河系的光到達地球所需的時間。Spiniello假設遺跡可能會永遠保持原樣，但科學家們不能確定，因為他們?nèi)匀徊恢朗鞘裁醋柚顾c其他星系相互作用。

“一定有什么東西阻止它們?nèi)诤?，但不知道是什么，我們就無法真正預測未來會發(fā)生什么，”Spiniello說。

'百萬分之一'

拉古納大學(Universidad de La Laguna)和西班牙加那利群島天文研究所(Instituto de astro fíSICA de Canarias)的河外天文學家塞巴斯蒂安·科默龍(Sébastien Comerón)表示，很難識別化石星系并確認它們的性質(zhì)，部分原因是與銀河系等常規(guī)星系相比，它們相對罕見且較小。他說，確認一個遙遠的遺跡星系是用來識別這些物體的搜索策略和現(xiàn)代儀器的功勞。

“遺跡星系是神秘的，”沒有參與這項研究的Comerón在一封電子郵件中補充道。"現(xiàn)在有幾個星系是第一批大星系未被觸及的遺跡，這個事實需要解釋."

天文學家不能肯定地說這些遺跡有多罕見，但Spiniello估計在宇宙的所有星系中可能有“百萬分之一”。這鼓舞Spiniello說，該項目旨在尋找和編目化石星系，并發(fā)現(xiàn)了KiDS J0842+0059，已經(jīng)確定了幾十個其他候選星系，正在進行進一步的審查。

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新的儀器可以使這種探索更加有效。Spiniello和Tortora都對Euclid感到興奮，這是歐洲航天局于2023年發(fā)射的望遠鏡，目標是探索暗物質(zhì)和暗能量也將有助于觀察化石星系。

“歐幾里得將是變革性的，”Spiniello說，“因為它的寬天空巡天配置將覆蓋更多，而不是一次觀察一個物體。這個想法是在一片天空中找到所有的星系，然后分離出所有超致密的星系。如果你這樣做了，那么你就可以實際估計(化石星系)有多稀有?！?/p>

卡佩拉里在一封電子郵件中說，在這樣的距離上確認遺跡星系KiDS J0842+0059是一項了不起的成就，這個領域的未來非常有希望。“有了像詹姆斯·韋伯和歐幾里德這樣的強大的新望遠鏡(幾個月前剛剛產(chǎn)生了第一批圖像)，以及地面上先進的自適應光學系統(tǒng)，我們可以期待在更遠的距離發(fā)現(xiàn)和研究更多的這些遺跡?！?/p>