它們很大，很亮，很漂亮——而且它們甚至不應該存在，至少以我們目前的天文學知識來看：巨大的螺旋星系，相比之下，我們巨大的銀河系顯得相當渺小。與最大的巨型橢圓星系相比，螺旋星系應該算是小魚小蝦，這些橢圓星系是呈橄欖球形狀的恆星群，被認為是宇宙中最大最亮的星系。但是現在，一項跨越數十億光年的搜尋捕獲了一種罕見的“超級螺旋”星系，它們在大小和亮度上可以與巨型橢圓星系相媲美，這引發了關於這種龐然大物如何誕生的疑問。
“我真的很驚訝，”加州理工學院的天文學家帕特里克·奧格爾說，他今年早些時候發現了這些超級螺旋星系。奧格爾透過分析NASA星系外資料庫（一個線上星系資訊彙編）來尋找它們。他檢查了距離地球35億光年內的近80萬個星系，並按亮度，特別是它們輻射多少可見光進行了排名。天文學家使用符號 L* 來指定大星系的特徵亮度，發音為“L 星”，大致對應於我們銀河系的亮度。
亮度遠高於 L* 的星系極其罕見，通常是橢圓星系。儘管如此，這種強大的星系確實存在，奧格爾樣本中最亮的星系亮度為 20 L*。果然，它是一個星系團中的巨型橢圓星系。
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但是，正如奧格爾的團隊在上個月提交給《天體物理學雜誌》的論文中報道的那樣，他們發現的最亮的星系中有百分之三實際上是螺旋星系。“它們看起來像普通的螺旋星系，但是除非你量化它們有多遠，否則你不會意識到它們有多大和多亮，”奧格爾說。“我認為這可能就是以前人們沒有注意到它們的原因。” 他的樣本顯示了 53 個亮度介於 8 到 14 L* 之間的螺旋星系。最大的超級螺旋星系位於武仙座，擁有一個跨度為 44 萬光年的恆星盤，是銀河系恆星盤的四倍大。
“這些東西真的很少見，”奧格爾說。超級螺旋星系在每十億立方光年的空間中只會出現一次，因此天文學家必須觀察很遠的距離才能看到任何一個。最著名的巨型橢圓星系，室女座星系團中的 M87，距離地球 5400 萬光年，而奧格爾樣本中最接近的超級螺旋星系距離地球 12 億光年。由於它們的距離很遠，這些星系在當前的影像中顯得模糊；哈勃太空望遠鏡尚未對其進行成像以展現其全部美麗。
阿拉巴馬大學塔斯卡盧薩分校的天文學家威廉·基爾沒有參與這項研究，他說他只知道一個在遠處可比的星系：同樣巨大但亮度較低的UGC 2885，一個位於英仙座的螺旋星系。“一個[星系]是一塊寵物石頭；十個是一個統計樣本，”基爾說。隨著現在已知有 50 多個超級螺旋星系，天文學家希望瞭解這些巨大實體是如何產生的。
“這是最大的謎團，”瓦薩學院的天文學家黛布拉·埃爾姆格林說，她沒有參與超級螺旋星系的發現。“它們為什麼會出現在那裡？為什麼它們不是橢圓星系？” 橢圓星系可以長得很大，因為它們通常佔據星系團繁忙的中心，在那裡它們吞噬其他星系。螺旋星系更喜歡安靜、人口較少的鄰域；此外，星系碰撞通常會破壞精緻的螺旋星系，並將其轉變為無定形的橢圓星系。
儘管如此，即使是普通大小的螺旋星系，在恆星形成方面也可能勝過它們的巨型橢圓星系，恆星形成主要發生在螺旋星系充滿氣體和塵埃的旋臂中。超級螺旋星系也不例外，它們每年透過將 5 到 65 個太陽質量的氣體轉化為太陽來大量產生恆星。相比之下，銀河系的速率僅為每年兩個太陽質量。螺旋星系可以透過從星系際空間獲取額外的氣體來維持其恆星製造數百萬年。然而，隨著星系變得越來越大，下落的氣體撞擊得太快，以至於會加熱到極高的溫度，從而抑制恆星的形成。因此，螺旋星系應該只能長到那麼大。然而，不知何故，超級螺旋星系還在繼續增長。
它們起源的線索可能來自它們結構的更精細的細節。在五十多個超級螺旋星系中，有四個具有雙核，這表明這四個星系中的每一個都來自兩個較小的螺旋星系的合併。通常，螺旋-螺旋合併會形成橢圓星系，但是如果兩個螺旋星系以正確的方式相互接近——它們的盤面平行並且都朝同一個方向旋轉——那麼這對星系可以聯手建立一個更大的螺旋星系。為了支援這個想法，其中兩個超級螺旋星系的中心都藏有明亮的類星體。當氣體墜入星系中心的超大質量黑洞時，類星體會發光，而這個過程通常是由星系合併觸發的。
奧格爾說，超級螺旋星系最終會隨著數十億年的時間流逝而消退，因為它們會耗盡氣體並停止恆星的形成。他懷疑每個星系都會變成所謂的透鏡狀星系，介於螺旋星系和橢圓星系之間：像螺旋星系一樣，透鏡狀星系具有恆星盤，但像橢圓星系一樣，它的氣體太少而無法產生更多的星系，並且缺乏旋臂。然而，在超級螺旋星系遭受這種命運之前很久，一支望遠鏡艦隊肯定會仔細研究它們，以一勞永逸地解決這些美麗的物體是如何長到如此巨大規模的問題。