天文太空

星系初長成

這些理論上不該出現在早期宇宙的巨大星系,是怎麼形成的?

撰文/馬瑟(George Musser)
翻譯/邱淑慧
-

天文太空

星系初長成

這些理論上不該出現在早期宇宙的巨大星系,是怎麼形成的?

撰文/馬瑟(George Musser)
翻譯/邱淑慧
-

乖乖聽暗物質的話:這是20世紀天文學所發出的訊息之一。某些看不見的物質主宰了宇宙,而普通物質(ordinary matter)只能順從它的統治。這聽起來簡直就是集哥白尼革命之大成,把人類從原本自居的萬物中心完全拉了下來。然而最近研究人員認為,我們不需要過度卑微,因為普通物質並非完全接受暗物質的控制。

當我們窺探宇宙更深之處,追溯更久遠的過去,普通物質在過去10年,便已展露出奧妙難測的跡象。根據暗物質的標準說法,星系應該是階段式形成:先形成次於星系的小集合,然後緩慢結合成完整的初生星系。若是如此,有許多星系看來是先偷跑了!因為它們太過龐大,不該在這麼早的時期出現才對。德國甲慶的馬克士普朗克地外物理學研究所的甘澤爾(Reinhard Genzel)表示:「大質量星系的質量聚集顯然非常快,遠超過在模型中所得到的速度。」


例如天文學家利用靈敏的紅外線觀測,已經確認了幾個在大霹靂數十億年後就形成的巨大星系,以宇宙的標準來說算是較為早期的。這類星系中有許多具有成熟的恆星,因此形成的時間一定在更早之前。此外,由星系內元素混合的情形顯示,較大星系的年紀比較小星系老,階段式形成的說法再次受到打擊。


近來,甘澤爾與他的同事更加確定了這樣的現象。他們鎖定的是次毫米星系,之所以這樣稱呼,是因為天文學家是在比毫米稍短的波長中看到它們的。由於這樣的光難以被偵測到,因此它們有些雖然是宇宙中最亮的物體,這些星系卻只有在1997年時被發現。甘澤爾的團隊已經在11個這樣的系統中,量測到氣體雲旋轉的軌道速度,因而首度清楚得知早期宇宙中星系的質量:大於1000億個太陽質量,與現在宇宙中最大的星系相同。如果以此推論到整個天空,該團隊的成果意味著,這種重量級的星系有5000萬個,是模型所預測的100倍。


英國德罕大學的理論天文學家法倫克(Carlos Frenk)承認,「他們完全正確。我們三年前提出的模型,並沒有產生足夠的大質量星系」能存在於遙遠的過去。有些人主張,這些發現將使暗物質的所有概念蒙上陰暗的帷幕,不過甘澤爾、法倫克和其他人則認為,暗物質仍保有它原來的性質,這個紛爭是由於普通物質混雜在暗物質中所造成的。