早期的大品質星系 —— 那些形成於大爆炸后 30 億年的星系 —— 理論上應該含有大量可孕育恆星的冷氫氣。 然而科學家們在藉助阿塔卡馬大型毫米 / 亞毫米陣列（ALMA）和哈勃太空望遠鏡觀察早期宇宙時，卻發現了一些奇怪的案例—— 其中就包括了六個耗盡燃料的早期大品質星系。

銀河團 MACSJ 0138 合成圖像（來自：ALMA / Hubble）

在 9 月 22 日發表於《自然》雜誌上的一篇文章中，科學家們詳細介紹了 REQUIEM 調查中研究的這些無法再形成恆星的”淬火”星系，並揭示了有哪些因素阻止其”燃料”的輸送。

上圖放大的明亮橙 / 紅點，描繪了使用 ALMA 在無線電中觀察到的冷塵埃，其有助於科學家推斷瞭解星團中存在星系誕生所需的冷氫氣量。

然而 REQUIEM 調查中的六個高紅移星系，卻與天文學家們對早期宇宙的預期並不一致。

REQUIEM 研究早期大品質星系缺乏形成恆星所需的冷氫氣

研究一作、馬薩諸塞大學阿莫斯特分校助理教授 Kate Whitaker 指出：”宇宙中品質最大的星系，可謂生長得又快又猛，能夠在極短的時間內孕育大量恆星”。

氣體是恆星形成所需的『燃料』，在宇宙的早期階段應該是相當充足的。

我們起初認為，這些『淬火』星系是在大爆炸后短短幾十億年就踩下了剎車。

然而新研究表明，早期星系實際上並未致動，而是在空虛的情況下運行的。

研究配圖 – 1：六個大品質透鏡星系的影像（來自：Nature）

為了更好地瞭解星系是如何形成和消亡的，研究小組使用了哈勃望遠鏡對它們進行對比觀察，揭示了生活在上述星系中的恆星的詳情。

同期的 ALMA 觀測，則揭示了星系在毫米波長下的連續輻射（塵埃的示蹤劑），使得研究人員能夠推斷星系中的氣體量。

兩架望遠鏡的使用，都經過了精心的設計。 因為 REQUIEM 專案的主要目的，就是利用強引力透鏡作為天然望遠鏡。

這使得科學家們能夠以更高的空間解析度來觀察休眠星系，最終讓我們對星系的內部活動有了更加清晰認識。

研究配圖 – 2：”淬火”星系的低塵埃品質

來自美國宇航局的研究合著者、兼德克薩斯大學奧斯丁分校的哈勃博士後研究員 Justin Spilker 表示：

若一個星系沒有產生很多新恆星，那它很快就會變得非常微弱，意味著我們很難、或者幾乎不可能用任何單獨的望遠鏡來觀察它們的細節。

好消息是，REQUIEM 通過研究被引力透鏡化的星系，巧妙地化解了這個難題。 這意味著它們發出的光線，會在更接近銀河系的其它星系周圍時被拉伸和放大。

通過宇宙里的這種『天然望遠鏡』，我們結合哈勃與 ALMA 的解析度和靈敏度，讓這些垂死星系看起來較實際更大、更明亮，最終讓我們看到正在發生的事情。

研究配圖 – 3：與恆星形成星系相比的低分子氣體品質

新觀測表明，六個目標星系中恆星形成的停止，並不是由於冷氣體轉化為恆星的突然低效造成的。 相反，它是星系中氣藏耗盡、或被抽離的結果。

研究合著者、亞利桑那大學天文學家 Christina Williams 表示：

我們尚不清楚為何會發生這種情況，但可能的解釋是，為星系提供『燃料』的主要氣體供應被切斷，或者一個超大品質黑洞正在注入能量、使得星系中的氣體保持著高溫。

從本質上講，這意味著星系無法重新填充其『燃料箱』，因而難以重啟恆星孕育階段的『發動機』。

最後，這項研究率先測量了早期大品質星系的諸多方面，相關經驗或為未來幾年的早期宇宙研究奠定堅實的基礎和指導。