科学家或发现一个无恒星的大质量星系

多年来，科学家们一直困惑于一个问题：为什么有些星系含有气体和暗物质，却几乎没有或完全没有恒星？近期的发现表明，这些“暗星系”可能遍布整个宇宙。找到它们有助于天文学家理解为什么有些星系能形成恒星而另一些始终黑暗，并检验最优秀的星系形成模型。

研究人员最成功的宇宙模型被称为Lambda-CDM，它假设存在两种不可见的成分：暗能量——被认为推动宇宙加速膨胀的神秘属性，以及冷暗物质——物理学家认为约占宇宙物质总量85%的假想物质。

根据该模型，暗物质团块（称为晕）为星系的形成和成长提供了引力支架。气体在这些晕内部聚集，最终冷却坍缩形成恒星。但天文学家仍在试图理解为什么这一过程似乎在某些晕中发生，而在另一些晕中却没有。

一种可能性是，某些晕含有大量氢气，却只形成极少的恒星。这会使得它们极难被发现。

如今，研究人员找到了一个很有希望的暗星系候选者，并将研究结果发表在《皇家天文学会月刊》上。这个名为AGC 322753的天体含有约20亿倍太阳质量的氢，却似乎没有恒星——不过研究人员指出，它的质量太大，不可能完全没有恒星。然而，如果得到确认，它将成为无恒星星系中一个异常巨大的例子。

澳大利亚斯威本科技大学的研究人员通过比较两个现有射电巡天项目的观测数据发现了这一目标，一个由波多黎各的阿雷西博天文台开展，另一个由中国五百米口径球面射电望远镜完成。两台望远镜都探测到了一团巨大的氢云。

尽管过去十年间其他研究人员已经识别出几个暗星系候选者，但这个目标因另一个原因格外引人注目：它可能在旋转。

氢气会在特定波长发射射电波，当气体朝向地球运动时波长缩短，远离时则拉长。来自AGC 322753的信号显示出两个明显的峰值，表明氢云的一侧在朝我们运动，而另一侧在远离。

这可能意味着气体已经安定下来，形成了一个有组织的旋转结构，就像普通星系中的盘一样——尽管它显然没有形成任何恒星。

“理论模型和模拟告诉我们，暗星系不应该旋转，所以这非常有趣，”该研究作者之一、斯威本科技大学的Marco Monaci说。

如果AGC 322753确实是一个没有恒星的旋转盘，天文学家将不得不解释气体是如何在没有产生恒星的情况下组织成这种结构的。

这还不是唯一的谜题。大多数星系形成模型预测，含有这么多氢的气体云应该至少形成了少量恒星，因为其最致密的区域会在自身引力下坍缩并点燃。

论文的合著者认为，AGC 322753完全不含恒星的可能性很小。因此，他们认为它可能含有太暗而无法看到的恒星——一个“近乎黑暗”的星系。如果是这样，这些恒星一定非常暗弱，因为即使是DESI Legacy Imaging Surveys的深场光学图像——该巡天寻找的是星光而非射电望远镜探测到的氢气——也没有揭示出任何恒星。

据此，团队估计AGC 322753中氢的质量至少是恒星质量的40倍，这引发了关于究竟是什么抑制了恒星形成的问题。

但还需要进一步观测，例如用新墨西哥州的甚大天线阵——一个射电天线网络——来确认AGC 322753是否真的是一个暗星系——或近乎暗星系。

“目前，进一步了解它确实是一个关键的下一步。它很引人入胜，我想知道更多，”美国国家射电天文台的Robert Minchin说。

Minchin深知这类信号可能具有多大的误导性。他曾参与发现VIRGOHI21——一个21世纪初发现的暗星系候选者，后来被重新解释为一条从附近星系被引力拉出的长流氢气，即所谓的潮汐尾。

像这样被撕扯下来的气体可以保留部分原始运动，从而模拟出旋转的特征，因此Minchin表示需要更多观测来排除AGC 322753也是同样解释的可能性。然而，附近并没有明显的星系可能是它的来源。

布拉格捷克科学院天文研究所的天文学家Rhys Taylor表示，潮汐碎片不太可能解释这些观测结果。通过 such 过程再现该候选暗星系独特的双峰轮廓“在技术上是可能的，但可能性极小，”Taylor说。

不过，Taylor和Minchin都指出了另一个问题。研究人员使用的两个射电巡天项目将氢气定位于天空中明显不同的位置。这表明AGC 322753可能是一团延展的气体云，而非一个致密的星系——这是后续观测可以帮助厘清的另一种可能性。

行星科学研究所的Elisabeth Adams说，无论AGC 322753最终被证明是完全黑暗还是仅仅异常暗弱，理解这类天体仍然可以帮助天文学家弄清为什么有些星系能形成恒星而另一些显然不能。

一个可能的原因是星系旋转得太快，其气体过于分散而无法坍缩。另一个原因是宇宙最早恒星发出的紫外线加热了气体，使其温度过高而无法凝聚。研究这类近乎暗星系可以帮助区分这些现象，揭示早期宇宙的条件如何塑造了我们今天所看到的星系。

（原文较长，此处译出前 6000 字，完整内容请点「打开原文」。）