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天文學家表示，一個圍繞銀河系執行的微小星系可能是一個早期宇宙遺留下來的化石。 最近的一項研究發現，名為Segue 1的星系中的恆星比任何其他已知星系都含有更少的重元素，這意味著該天體可能在近130億年前就停止了演化。 如果屬實，Segue 1可能會提供一個瞭解早期宇宙狀況的視窗，並揭示一些最早的星系是如何形成的。
Segue 1 非常非常小。 它似乎只包含幾百顆恆星，而銀河系則有數千億顆恆星。 由麻省理工學院的安娜·弗雷貝爾領導的研究人員使用智利拉斯坎帕納斯天文臺的麥哲倫望遠鏡和夏威夷的凱克天文臺，收集了關於Segue 1星系中最亮的六顆恆星的元素組成的詳細資訊。 這些測量結果在一篇被天體物理學雜誌接受的論文中報告，揭示這些恆星幾乎完全由氫和氦組成，僅含有微量的鐵等較重元素。 沒有其他研究過的星系含有如此少的重元素，這使得Segue 1成為“已知化學演化程度最低的星系”。
複雜元素是在恆星核心內部透過氫和氦原子等更基本元素的核聚變形成的。 當恆星在超新星中爆炸時，會產生更重的原子。 元素噴射到太空，注入到孕育下一代恆星的氣體中，因此每一代恆星都含有越來越多的重元素，即所謂的金屬。 “Segue 1的金屬貧乏程度令人難以置信，我們懷疑至少有幾顆恆星是宇宙中最早爆炸的恆星的直接後裔，”加州大學歐文分校的研究合著者埃文·柯比說。
並非所有超新星都是相同的。 當質量非常大的恆星爆炸時，它們會形成鎂和鈣等元素的混合物，而低質量恆星的爆炸幾乎只產生鐵。 弗雷貝爾和她的同事測量了Segue 1星系恆星中每種特定元素的含量，發現它們包含大質量恆星的產物，但很少包含低質量恆星的產物。 由於大質量恆星的壽命比低質量恆星短得多，因此這一證據揭示了矮星系中恆星形成的發生速度有多快。 “Segue 1是我們現在知道的唯一一個從未被這些低質量恆星富集過的例子，這意味著它在極短的時間內，一眨眼的功夫就形成了恆星，”柯比說。 “如果它形成恆星的時間足夠長，那麼那些低質量恆星就必須做出貢獻。”
研究結果表明，Segue 1很久以前經歷過一次短暫的恆星形成爆發，然後永遠停止了。 “最大的問題是，它為什麼停止了？” 加州大學歐文分校的天體物理學家詹姆斯·布洛克說，他沒有參與這項研究。 “像這樣的星系本應該能夠再製造一百萬顆恆星，但它沒有。”
一種可能性是再電離時期。 當宇宙誕生時，它是高溫高密度的，所有氣體都是電離的，這意味著質子和電子是分離的，無法結合在一起形成原子。 最終，宇宙冷卻到足以讓原子在氣體中形成，第一批恆星就從這種物質中誕生了。 這些恆星向外噴射出輻射，使周圍的氣體充滿能量，並在大約132億年前的某個時候重新電離了氣體。 由於恆星無法從電離氣體中形成，再電離可能終止了當時現有星系中的恆星形成。 “也許Segue 1正要形成一群恆星，但再電離啟動並扼殺了星系中所有的恆星形成，”柯比說。 “這也可以解釋為什麼恆星形成持續了這麼短的時間。”
然而，情況尚未定論。 布洛克是再電離理論的主要作者之一，他說，最新的星系形成理論模擬表明，再電離造成的shutdown看起來不如科學家之前認為的那麼突然。 “對我來說，再電離本身是否能做到這一點並不明顯，”他說。 “也許可以，但我絕對認為還有其他可能性。” 例如，也許某些怪癖導致Segue 1在形成恆星方面效率極低，與其他星系相比。
Segue 1可能不僅有助於揭示是什麼阻止了星系的演化，還有助於揭示星系是如何開始演化的。 “這項研究非常有趣，因為我真的很想知道，星系可以形成這麼小嗎？” 哈弗福德學院的天文學家貝絲·威爾曼說，她沒有參與這項研究。 “星系在形成時可以形成並看起來像Segue 1嗎？還是它們必須形成更大的星系，然後失去一些質量？” 畢竟，這種矮星系有可能曾經是一個更大的星系，並失去了大部分恆星，可能是由於其近鄰銀河系的擾動造成的。 然而，Segue 1星系恆星中極低的金屬含量支援了它形成時大小與現在大致相同的觀點，因為擾動不太可能只從星系中拉走富含金屬的恆星，而留下貧金屬的恆星。
如果最初形成如此微小的星系沒有障礙，那麼像Segue 1這樣的迷你星系可能會非常豐富，但卻看不見。 只有Segue 1與銀河系的近距離才使得如此小而暗淡的星系可被探測到。 “我們周圍可能存在200個像Segue 1這樣的星系，”威爾曼說。 “我畢生的目標是試圖理解，像這樣的東西是宇宙中最豐富的嗎？”