IT之家 11 月 9 日消息,据《连线》报道,一些星系似乎具备形成恒星所需的全部条件,却几乎从未孕育出恒星。

多年来,科学家一直对这一现象感到困惑。近期研究发现,这些被称为“暗星系”的天体可能遍布宇宙。所谓暗星系,是指内部含有气体和暗物质,却几乎没有恒星甚至完全没有恒星的星系。找到它们有助于天文学家理解,为什么有些星系能够形成恒星,而另一些却始终保持黑暗,同时也能检验现有星系形成理论是否准确。
目前,科学家最为认可的宇宙模型被称为 Lambda-CDM 模型。该模型假设宇宙中存在两种不可见成分:一种是暗能量,这种神秘属性被认为推动着宇宙加速膨胀;另一种是冷暗物质,物理学家推测它约占宇宙全部物质的 85%。
根据这一模型,被称为暗物质晕的暗物质团块为星系的形成和成长提供了引力框架。气体聚集在这些暗物质晕内部,随后逐渐冷却、坍缩,最终形成恒星。不过,天文学家仍在试图弄清楚,为什么这一过程会在某些暗物质晕中发生,在另一些暗物质晕中却没有出现。
一种可能性是,部分星系虽然含有大量氢气,却几乎没有形成恒星。这类天体因此极难被观测到。
如今,研究人员发现了一个颇具希望的暗星系候选天体,并已将研究成果发表在《皇家天文学会月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上。这个名为 AGC 322753 的天体含有约相当于 20 亿个太阳质量的氢气,但目前似乎没有恒星。不过,研究人员指出,它的体量太大,不太可能完全不含恒星。如果最终得到确认,它将成为一个质量异常庞大的无恒星星系。
来自澳大利亚斯威本科技大学(Swinburne University of Technology)的研究人员,通过对比两项已有射电观测项目的数据发现了这一目标。其中一项观测由位于波多黎各的阿雷西博天文台完成,另一项则来自中国的 500 米口径球面射电望远镜(FAST)。两台望远镜都探测到了一团质量巨大的氢气云。
过去十年间,其他研究人员也发现过多个暗星系候选天体,但 AGC 322753 还有一个特别之处:它可能正在旋转。
据IT之家了解,氢气会以特定波长发射无线电波。当气体朝地球方向运动时,信号波长会缩短;当气体远离地球时,波长则会变长。AGC 322753 发出的信号呈现出两个明显的峰值,这意味着氢气云的一侧可能正朝我们移动,另一侧则正在远离我们。
这可能意味着,氢气已经形成了一个有序的旋转结构,类似普通星系中的旋转盘,尽管它似乎从未形成恒星。
斯威本科技大学研究人员、论文作者马尔科 · 莫纳奇(Marco Monaci)表示:“理论模型和模拟结果都告诉我们,暗星系不应该旋转,因此这一发现非常有意思。”
如果 AGC 322753 确实是一个没有恒星、却正在旋转的气体盘,天文学家就必须解释:这些气体为何能够在没有形成恒星的情况下,组织成如此规整的结构。
这还不是唯一的谜团。大多数星系形成模型都预测,拥有如此庞大氢气储量的云团至少应该形成一些恒星,因为其中密度最高的区域会在自身引力作用下坍缩,最终点燃恒星形成过程。
论文合著者认为,AGC 322753 完全不含恒星的可能性或许很低。因此,他们更倾向于另一种解释:这个天体可能存在一些亮度极低、难以观测到的恒星,属于一种“近乎暗星系”。
如果真是如此,这些恒星的亮度也必然非常微弱。研究人员使用 DESI Legacy Imaging Surveys 项目的深空光学图像进行搜索,依然没有发现任何恒星发出的光。与射电望远镜探测到的氢气不同,这项巡天项目主要寻找的是恒星发出的可见光。
根据现有观测,研究团队估计,AGC 322753 中氢气的质量至少是恒星质量的 40 倍。这也引出了一个关键问题:究竟是什么因素抑制了恒星的形成?
研究人员表示,还需要开展更多观测才能确认 AGC 322753 是否真的是一个暗星系或近乎暗星系。例如,位于美国新墨西哥州、由多台射电天线组成的甚大天线阵(Very Large Array,VLA)就可以用于进一步观测。
美国国家射电天文台(National Radio Astronomy Observatory)的罗伯特 · 明钦(Robert Minchin)表示:“目前,进一步了解这个天体确实是至关重要的下一步。它非常引人入胜,我想知道更多。”
明钦深知这类观测信号可能具有误导性。他曾参与发现另一个暗星系候选天体 VIRGOHI21。该天体在 21 世纪初被发现,但后来研究人员重新解释了相关观测结果,认为它实际上是一个从附近星系中被引力撕扯出来的长条状氢气流,也就是所谓的潮汐尾。
这类被撕扯出来的气体可能保留部分原有运动状态,从而呈现出类似旋转的信号。因此,明钦认为,研究人员还需要进行更多观测,才能排除 AGC 322753 也属于这种情况的可能性。不过,目前尚未发现明显的附近星系能够为它提供这些气体。
布拉格捷克科学院天文研究所(Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences)的天文学家里斯 · 泰勒(Rhys Taylor)则认为,潮汐碎片不太可能解释目前的观测结果。他表示,通过这种过程重现该暗星系候选天体独特的双峰信号,“在技术上并非不可能,但发生的概率极低”。
不过,泰勒和明钦都指出了另一个值得关注的问题:研究人员使用的两项射电巡天数据,将这团氢气定位在天空中明显不同的位置。这意味着,AGC 322753 可能并不是一个紧凑的星系,而是一团范围更大的气体云。后续观测有望帮助研究人员厘清这一问题。
行星科学研究所(Planetary Science Institute)的伊丽莎白 · 亚当斯(Elisabeth Adams)表示,无论 AGC 322753 最终被证实是完全黑暗,还是仅仅因为恒星亮度极低而难以观测,研究这类天体都有助于天文学家弄清楚,为什么有些星系能够形成恒星,而另一些却似乎无法做到。
一种可能的解释是,某些星系旋转速度过快,导致内部气体始终无法聚集到足够紧密的程度,因而难以发生坍缩。另一种可能是,宇宙最早期恒星发出的紫外线加热了这些气体,使其温度过高,无法凝聚形成恒星。
研究这类近乎暗星系的天体,或许能够帮助科学家区分上述两种情况,进一步揭示早期宇宙的环境如何塑造了今天我们所看到的星系。
亚当斯表示:“一旦某个天体不再被归类为暗星系,人们似乎就不再关心它了,而我认为这种做法并不正确。”
不过,如果 AGC 322753 最终被证实完全没有恒星,它将成为迄今发现的质量最大的暗星系之一,有望帮助科学家解释:Lambda-CDM 模型所预测、但一直未被找到的那些“失踪星系”究竟藏在何处。
这一发现甚至可能帮助天文学家理解,为什么有些富含气体的星系能够形成恒星,而另一些却不能。它不仅可以为现有星系形成模型提供重要检验,也可能为揭示暗物质的本质带来新的线索。