在现今宇宙中,多数星系中的恒星皆规律地围绕星系中心自转,但在一些质量极大的“死亡星系”中,恒星运动却呈现高度混乱、缺乏一致旋转方向的状态。天文学家将这类系统称为“慢速旋转星系”(slowrotators)。
依照现有理论,这类星系通常需要历经长时间的星系合并与动力演化后才会形成,因此在宇宙形成初期应极为罕见。然而韦伯太空望远镜近期却发现一个红位移值高达z=3.449的巨大星系XMM-VID1-2075,其光线来自约120亿年前,也就是宇宙年龄尚不足20亿年之际,而它竟已呈现典型慢速旋转星系的特征。
韦伯望远镜运用近红外线波段影像仪,拍摄存在宇宙形成初期的慢速旋转星系XMM-VID1-2075影像。(Source:Forrestetal.,doi:10.1038/s41550-026-02855-0.)
依据星系形成理论,早期气体在重力作用下向中心塌缩时,会携带角动量,使新生星系逐渐形成稳定自转。之后经历数十亿年的星系碰撞与合并,不同方向的旋转可能彼此抵消,最终形成整体旋转微弱,但内部恒星运动凌乱的大型星系。因此,目前观测到的慢速旋转星系,大多存在于距离较近、演化成熟的大质量星系团环境中。此次发现的XMM-VID1-2075却在宇宙极早期便已达到这种状态,显示某些巨大星系的形成与演化速度,可能远超过过去预期。
来自加州大学戴维斯分校的研究团队,先前已利用位于夏威夷的凯克天文台确认XMM-VID1-2075是宇宙形成初期已知质量最大的星系之一,其恒星数量甚至已达银河系数倍,同时也几乎停止形成新恒星。研究团队随后通过韦伯望远镜进行近红外线波段观测,分析该星系内部物质的运动情形,并与另外两个相同时期的星系进行比较。结果显示,其中一个星系具有明显旋转结构,一个则呈现混乱状态,而XMM-VID1-2075几乎没有整体旋转,只剩下大量的随机运动。这种特征与本地星系团中最巨大的椭圆星系相当类似,但出现在如此早期的宇宙中,仍令研究人员十分震惊。
研究团队推测,XMM-VID1-2075或许并非经历多次长期合并才形成慢速旋转结构,而可能是由两个旋转方向几乎相反的大型星系发生单次剧烈碰撞所致。天文学家分析观测影像发现,在该星系一侧出现额外的亮光区域,暗示可能存在另一个与此星系正在进行交互作用的天体,并对其动力学造成重大影响。这项成果不仅显示韦伯望远镜已能深入研究高红位移星系内部运动,也意味著宇宙早期巨大星系的形成历程,可能比现有模型更加快速且复杂。

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