[비즈한국] 在宇宙大尺度結構的絲狀體之間，存在著一片空蕩蕩的巨大虛無空間，即“空洞”（Void）。在寬度達數億光年的廣袤空間裡，幾乎沒有任何星系存在。最典型的例子就是牧夫座空洞（Boötes Void）。在一個直徑達3億光年的巨大空間裡，按理說應該有2000到3000個星系，但實際上幾乎發現不到星系。天文學家格雷戈裡·阿爾丁（Gregory Aldering）曾說過，如果我們生活在這樣一個巨大空洞的正中央，直到20世紀60年代，我們可能都不會知道銀河系之外還有其他星系存在。作為一名以星系為單位研究宇宙演化的星系天文學家，這真是一個令人細思極恐的想法。
然而，在這一荒涼的空洞中央，卻發現了一個非常神秘的星系。那就是在本地空洞（Local Void）中發現的矮星系 NGC 6789。雖然它看上去只是一個平平無奇、細小而不規則的矮星系，但這裡卻隱藏著至今未解的驚人謎團：在這片周圍空無一人的荒涼空洞中，恆星正在爆發式地誕生。
實際上，星系 NGC 6789 的存在早在1983年就被知曉了。這個距離地球1200萬光年的星系雖然體積較小，但散發著明亮的藍色光芒。這意味著其中有非常年輕的恆星正在劇烈地誕生。這種星系因其藍色且高密度的特徵，被稱為“藍緻密矮星系”（Blue Compact Dwarf Galaxy，簡稱BCD）。
這個小星系在過去6億年間，誕生了佔其總質量4%、約等於太陽質量1億倍的恆星。如此規模足以被稱為“星暴星系”（Starburst Galaxy），即發生爆發性恆星誕生的星系。問題在於，要形成如此多的恆星，通常需要從周圍持續供應新的氣體物質，但這個星系周圍卻什麼也沒有。
在通常星系密集聚集的空間裡，當星系之間發生碰撞時，會有大量氣體物質同時湧入。這時，一些長期處於沉寂、不再誕生新恆星的“年老”星系，也會在久違之後噴發出藍色明光，經歷類似“回春”的時期。當它與規模相當的星系發生碰撞，或者被更小的衛星星系完全撞擊時，星系內部氣體物質的密度會迅速增加，從而高效地產生新的恆星。無論如何，為了持續產生新的恆星，星系內部必須具備氣體高密度堆積的條件。通常，這種變化是由星系間相互作用或星系碰撞引起的。
然而，NGC 6789 並沒有表現出這些痕跡。至少在以往的觀測中，它沒有顯示出任何碰撞跡象。因此，天文學家為了更深入地觀察 NGC 6789 一帶，利用了形似雙筒望遠鏡的2米雙筒望遠鏡（TTT, Two-meter twin telescope）瞄準了 NGC 6789。雖然之前的觀測只能看到 NGC 6789 模糊的中心部分，但透過更深層的觀測，他們細膩地捕捉到了 NGC 6789 周圍擴散的星光痕跡。
在這次補充觀測中，NGC 6789 依然沒有表現出碰撞的徵兆。儘管確認了其外圍更模糊區域的擴散情況，但星系邊緣依然保持著圓形矮橢圓星系的形態。那些能夠顯示星系近期與其他小星系碰撞或擦肩而過引起引力相互作用的特徵，如拉長的潮汐尾（Tidal tail）、星系殼層結構等痕跡完全沒有出現。這次補充觀測再次證明，NGC 6789 是一個從未經歷過近期碰撞的、完全孤立的星系。
那麼，NGC 6789 究竟是從哪裡獲得新鮮氣體的呢？或許 NGC 6789 將成為顛覆我們對宇宙大尺度結構固有觀念的契機。如果說空洞實際上並非完全空無一物呢？即使其中沒有充滿閃耀恆星的星系，但如果充滿了普通光學觀測難以顯現的氣體雲和氣體絲（Gas filament）呢？如果偶然間 NGC 6789 恰好位於氣體絲附近，並從中持續進行著“氣體吸積”（gas accretion），那麼 NGC 6789 那異常高的恆星誕生率就能得到解釋。
事實上，這個星系在持續誕生新恆星的同時，其化學組成中重金屬元素的含量卻相對較低。這可以解釋為外界不斷有新鮮的新氣體物質向這個小星系流入。如果在星系內誕生新恆星並引發超新星爆發，理應不斷被金屬元素汙染，但隨著外部新鮮氣體的持續流入，金屬元素得以被稀釋。這種沿宇宙大尺度結構流入冷且新鮮氣體物質的現象被稱為“冷氣體吸積”（Cold gas accretion）。據推測，這是遙遠早期宇宙中，星系形成初期導致初期星系爆發性誕生恆星的主要原因。或許，NGC 6789 正是一個依然展示著那一驚人景象的現場。
NGC 6789 表明，星系要持續產生新恆星並維持生命力，並不一定要與其它星系發生相互作用或碰撞。即使身處空無一人的虛空中心，星系也能獨自存活。在看不見的氣體絲幫助下，吞噬流入的氣體物質，獨自延續著那孤獨卻燦爛的時光。這為我們提供了一個非常驚人的線索。
如果該假說屬實，那麼 NGC 6789 就成為了吞噬自宇宙誕生以來從未被汙染過、最純淨氣體物質的現場。因為空蕩的空洞中沒有其他星系，也就不會發生超新星爆發導致氣體物質被汙染的情況。填滿空洞的氣體物質很可能完整地保留了宇宙誕生那一刻的成分。如果我們能掌握這些氣體物質的化學成分，並分析其分佈和流動方式，我們將能夠追憶大爆炸後宇宙最純淨時期的模樣。就像在太陽系邊緣冰凍的小行星和彗星中尋找太陽系形成初期的純淨痕跡，並以此想象太陽系的童年一樣，我們將透過那些可能填滿空洞的純淨氣體物質，去想象宇宙最年幼的時期，即它童年的終點。
參考
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2515-5172/ae1cbe
作者池雄培（音譯）簡介：熱愛貓和宇宙。童年時期在看了《銀河鐵道999》後，立志將宇宙的美麗傳播給世人。目前擔任世宗大學自由專業學部助理教授，同時參與講座和撰稿等多種科學傳播活動。著有《每天一片宇宙》、《星光閃耀的宇宙科學家們》、《雖無法前往卻能瞭解》、《看到宇宙時浮現的奇怪問題》等書，並翻譯了《給真正航行在宇宙中的搭車客指南》、《我為何殺死了冥王星》、《量子生活》、《Cosmigraphics》等作品。