我通常不会对最新新闻稿如此兴致勃勃地写博客，但最近的一篇正好是我刚刚读过的一篇论文，所以，我将深入探讨一下。为了稍微介绍一下背景，天文学家们喜欢玩一个游戏，叫做“寻找某个时期周围最古老的星系”。这个游戏之所以吸引如此多的热心参与者，有几个原因。首先，任何时期的最古老星系很可能是宇宙中最早形成结构的所在地，这使它们变得很酷。其次，我们今天看到的质量最大的星系似乎就是那些拥有最古老恒星群的星系——反过来说，如果你寻找某个时期的最古老天体，你希望找到那个时期的质量最大的天体。最后，要弄清楚一个时期看到的星系群体与当天看到的群体如何相关（例如，即使一个星系在100亿年前是蓝色且扭曲的，也不意味着它今天就不是红色且对称的），是非常困难的。然而，如果你坚持研究那些在100亿年前就已经看起来很古老的巨大星系，那么它们很可能与今天最古老、最巨大的星系的前身有可比性，这为你提供了为数不多的可以相对自信地匹配这两个群体之一的案例。
这就带我们看到了 Pieter van Dokkum 和他的合作者们最新的论文，该论文对来自MUSYC NIR成像巡天的9个巨大红色星系进行了光谱和HST/NICMOS的后续观测。这些星系位于红移约为2.5处，根据WMAP宇宙学模型，这大约是大爆炸后2-30亿年。它们非常红，光谱与休眠的恒星群（即大约在一年前停止形成恒星的恒星群）一致。Kriek等人早期的一篇论文估计了这些星系的质量（假设了星系中恒星和尘埃的合理模型），发现这些星系不仅处于休眠状态，而且质量也极大。
所以，现在你有一群巨大的星系，尽管它们的年龄只有2-30亿年，但它们已经在一年前完成了所有的恒星形成。非常棒，而且正如你所期望的那样，它们是今天我们看到的巨大古老星系的前身。这很好，但问题是，这些星系太小了。它们非常小。今天质量最大的星系通常比银河系大得多，而van Dokkum报告的这些星系要小得多得多。（右图中的实心尺度条显示大小为10千秒差距。下图中的大实心点是van Dokkum的样本，小圆点是今天在Sloan数字巡天中看到的星系。）
好吧，你可能会说。在这 intervening 的100亿年里，可以发生很多事情。然而，不可能发生那么多事情，因为这些星系已经接近我们今天看到的质量最大的星系的质量上限了。因此，你不能通过吞并的卫星星系带来的新恒星来增加星系的质量，否则会超出上限（也就是说，看看左上角的图，吞并新星系会将星系向上推，但也会将其移到右侧）。即使你能做到这一点，它们的中心仍然会太密集。你也无法通过时间来神奇地膨胀星系。你可以想象，也许通过恒星风将大量物质从星系中心排出，但即使你认为你能把所有这些物质从如此致密的星系中排出，也需要一个荒谬的数量。你也可以想象通过某种方式，也许通过剧烈的合并，通过动能的膨胀来扰乱星系。然而，这里的问题是，星系过于密集了。如果星系的密度真的像上面图表所示那样，那么它们将几乎不可能被扰乱。这就像试图通过将一个铁球扔进一碗布丁来扰乱它一样。我的看法是，制作上面图表的某些假设是错误的，因为很难想象在本地宇宙中隐藏着极其巨大、极其致密的星系的后代。作者们也意识到了这一点，并认为这可能是测量半径时出现的一些问题（在较大半径处弥散光的损失，光照到恒星质量的径向梯度），以及可能的初始质量函数（所有银河外天文学的“龙迹”）。我实际上认为，错误的步骤可能是假设的光照到质量的转换。标准的说法是，当我们观察近红外光中的星系时，光主要来自于古老的红巨星分支恒星，这给了我们一个相当可靠的光照到恒星质量的转换。然而，在红移2.5处，星系中任何恒星的年龄都不可能超过30亿年。在这种情况下，星系的大部分红光将来自于渐近巨星支恒星，而这些恒星的建模非常困难。因此，光照到质量的校准很容易出错。AGB恒星也可以提供像观测到的那样漂亮的红色光谱，并且可能由于中心的恒星形成爆发而集中在中心。我认为作者们已经尽了他们最大的努力进行分析，但我怀疑我们可能已经遇到了我们当前建模的一些真正局限性。
