是太大又太早吗？当宇宙仅有24亿年历史时，巨型星系J02399已挤满了3000亿个太阳的质量。该质量是由一氧化碳的运动推测而得出的（该气体的密度用色彩的明暗度表示），宇宙尘（轮廓线）粗略绘出星系的形状。 暗物质主宰一切，这是20世纪天文学带给人们的内容之一。宇宙由某些不可见的物质支配着，而普通物质只不过因循其规律。这话听起来就像是哥白尼天文学革命的极点，人类在万物庄严的图景中从中心角色进行了最后一次移位。然而新近的研究却认为，人类这次获得的谦恭教训有点过头了。对于暗物质的要求，普通物质并不总是毕恭毕敬地服从的。

    在过去的十多年间，随着研究人员更深入地观察太空和在时间上追溯到更遥远的过去，有关普通物质活跃性质的细微迹象已经浮现出来。按照对标准暗物质情景的描述，各星系应当按不同等级来形成，首先出现的是亚星系碎片，然后慢慢结合形成羽翼丰满的年轻星系。然而看来许多星系一定是提前行动了，它们似乎太巨大，也出现得太早。

    位于德国Garching的普朗克研究所下属地外物理学部的Reinhard Genzel说道：“巨型星系的质量集合极其惊人而迅速，这似乎比在理论模型中要快得多。”例如，灵敏的红外观测已经辨认出在大爆炸之后仅仅二三十亿年便出现了巨型星系，这个时间较之目前的宇宙学标准要早得多。许多此类星系内包含有成年的恒星，因此其星系必定出现得更早些。

    另外，这些星系内的元素组分表明，较大的星系要比较小的同类星系年龄更老，这是对于星系分等级形成规范的又一个打击。Genzel及其同事最近的研究结果强调了这一观点。他们集中精力研究亚毫米星系，之所以这么称呼是因为天文学家们根据光的波长性质来区别这些星系，亚毫米星系发出的光波长度稍短于1毫米。由于这类光波难于检测，因此这类星系在1997年才被发现，尽管它们在宇宙中属于一些最明亮的天体。

    Genzel小组已经测量了11个这类星系中气体云的轨道速度，得出早期宇宙各星系质量的首次明确的测量值——大于1000亿个太阳质量，与现今宇宙中最大的星系大小相仿。将结论外推至整个天空，该小组的结论暗示存在着5000万个这样重量级特大星系，是理论模型所预言的100倍。“他们绝对正确，”英国达勒姆大学的理论学者Carlos Frenk对此表示认同，“而我们三年前提出的模型没有在遥远的过去产生足够大的星系。”有些人声称，这些发现使宇宙暗物质概念本身蒙上了一层阴影，然而Genzel、Frenk等人则说，暗物质的行为本来如此，恰恰是普通物质与暗物质的混合才造成了这些困扰。

    暗物质可能看似是怪异的，然而宇宙学家认为它的本质极其简单。它是“冷”的，仅向外释放很少的能量，而且它仅对于引力做出响应。相比之下，普通物质则是个大杂烩，集核反应、冲击波、磁性、扰动等过程于一锅，难怪宇宙学家打趣地称之为“肠胃物理学”。天文学家目前所使用的各种理论模型都假定，随着宇宙暗物质聚拢成群，普通物质则紧随其后。然而“肠胃物理过程”搅动着这口大锅，随着气体聚拢在一起，转变为恒星，恒星的溢出物及爆炸又将物质回推，进入星系间的太空——这是一个负反馈过程。

    在小丛群的暗物质中这一对抗行为最有效果，因为那里的引力太弱，不足以容留这些星体的溅出物，因此构成一个小星系比看上去要困难些。相反，在许多大星系内同样的一些过程却能够切实地放大恒星的形成作用。当今的理论学家在他们的模拟中已包含了这一反馈过程，然而Genzel小组的观测结果表明，他们走得还不够远。Frenk及他的同事们质疑道，体积大且能量强的恒星较之天文学家一直假定的要更为常见。

    由Padua天文台的Gian Luigi Granato领导的另一组科学家则提出一种假说，那些大黑洞其行为就如同一种星系尺度的恒温器，将恒星物质吸入其中，随后又将终止恒星形成的物质吐出来。在这两种场合中，额外的反馈引起星系形成并突然出现，而不是如同分等级范例所假定的那样，要经过很久时间才逐渐形成。因此，即使暗物质最终支配了宇宙事件的全部过程，普通物质对宇宙生命的存在也具有一种慰籍作用，它舒缓了大自然的暴力，就如同城市中的一处花坛一样。

来源于《科学》

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