飞速膨胀，突然沉寂，一件怪事

XMM-2599是一个在宇宙形成早期就存在的星系，它在138亿-120亿年前之间某个时间就停止膨胀，120亿年前就已经死亡，而在118亿年前其质量就有3000亿个太阳的质量。XMM-2599以每年生长1000个太阳质量的速度连续生长了5亿年，达到了如此大的质量。数字模型预测了这种超大质量星系的存在，但它认为这种星系应该还在活跃地形成恒星。

天文学家发现了一个给早期宇宙模型带来麻烦的巨型星系。

在宇宙只有18亿岁时，XMM-2599星系就已经是个“巨人”了。不过，那时它也“死掉了”。

在138亿年前（宇宙大爆炸）到120亿年前的这段时间里，这个星系在强烈的恒星形成活动（星暴）中迅速膨胀，然后完全停了下来。

上图为哈勃望远镜观测的

上图为三类星系。左侧为大质量有尘埃遮蔽的活跃星系，中间为不活跃的红星系，右侧为蓝致密星系。图源：NRAO/AUI/NSF/B. Saxton; NASA/ESA/R. Foley; NASA/StScI

加州大学河滨分校物理学家及天文学家本杰明·福勒斯特说道：“实际上在宇宙20亿岁时，这个星系就已经产生了超过3000亿个太阳质量的恒星，这也让它成为了一个超大质量星系。”

“更显著地，根据我们的分析表明，在宇宙还不到10亿岁时，XMM-2599星系十分‘狂热’地产生了大部分恒星（与它沉寂前的恒星数量相比），并且仅在宇宙18亿岁时就没那么活跃了”，福勒斯特继续说道。

NGC1569核心区附近的星暴活动。图源：Wikipedia

很长一段时间，天文学家都认为巨型星系是不能在早期宇宙中形成的。随着科技的进步，我们变得能更好地窥视遥远的时空，因此许多理论假设都受到了挑战。

根据现有的宇宙学模型，早期宇宙中充斥着大量物质，并且它们不应该有时间生长。不过数值模型可以对类似XMM-2599大质量星系的存在做出解释。

但有什么东西能够如此迅速地膨胀然后就突然停止呢？这又是另一件怪事！

事实上，XMM-2599并不是第一个“怪胎”。若干年前，天文学家发现了一个大质量星系ZF-COSMOS-20115。它曾有过恒星诞生，不过在宇宙17亿岁时突然停止了。不过，ZF-COSMOS-20115“只有”1700亿太阳质量，仅是XMM-2599的一半多。

加州大学河滨分校物理学家及天文学家吉莉安·威尔逊说道：“在这一时期，很少有已经停止恒星诞生的星系，像XMM-2599这样大质量的更是没有。”

“仅是像XMM-2599这样超大质量星系的存在就足以挑战现有的数值模型。虽然在这个时期如此大质量的星系非常罕见，模型也确实预测到了它们，不过，模型显示它们仍有活跃的恒星形成活动，这是与观测不一致的地方。”

“XMM-2599如此引人注目、非同寻常且令人惊奇的原因就在于，可能由于停止获取燃料或者中心黑洞变得活跃，它之中不再有恒星诞生了。我们的研究结果要求对早期宇宙星系中的恒星形成模型予以修正。”

上图为星系中心超大质量黑洞吸积物质的艺术设想图。黑洞的活跃与否会影响星系整体的恒星形成率。图源：Wikipedia

基于对该星系的光谱观测，研究团队能拼凑出XMM-2599的恒星形成历史。为了变得如此之大，它必须在大约持续5亿年的星暴活动高峰期中每年新生1000个太阳质量的恒星。

目前银河系的恒星形成率大约为每年3~4个太阳质量。

如上图，通过绘制放射性元素铝26的银河系分布图，科学家可以确定银河系每年的恒星形成与死亡数目。图源：MPE Garching/Roland Diehl

尽管XMM-2599的峰值恒星形成率很高，不过这相对它很长的时间周期而言并不特别。2008年，科学家发现一个名为EQ J100054+023435的星系在122亿年前每年产生着超过1000个太阳质量的恒星。不过，如ZF-COSMOS-20115一般，它比XMM-2599轻多了，只有100亿个太阳质量。而且它还活跃着。

在过去这些年里，模拟软件性能有了极大提升，并且能解释宇宙早期的极端恒星形成现象。不过它还不能给出导致大质量星系（正如上述的ZF-COSMOS-20115与XMM-2599）沉寂的条件。

上图为千禧年模拟，紫色网格为宇宙大尺度结构，通过放大拉近可得到更小尺度结构。通过这类模拟，我们能到从宇宙开始到现在的演化过程，并对未来做出预言，不过模拟仍受制于计算力。图源：Millennium Simulation Project

所以，对于XMM-2599有很多疑问。它是由其它星系形成的吗？又是什么让它沉寂的呢？

还有，从120亿年前到现在的这段时间里，它会演化成什么？它会一直保持沉寂还是像银河系一样“起死回生”，或者会发生其他的事？

上图为从宇宙大爆炸初始（右上角）到现在我们存在的空间（左下角）的历史回顾艺术图。在一定程度上，我们看到的永远都是过去。图源; Robin Dienel/Carnegie Institute of Science

“我们已经看到了沉寂状态的XMM-2599”，威尔逊说道。

“我们不知道它现在会变成什么样子。我们只知道它不会损失质量。它周围会发生什么？这是个有趣的问题。随着时间的推移，它的引力能吸引周围的活跃星系然后变成一座很亮的‘星系之城’吗？”