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天文学家表示，一个围绕银河系运行的微小星系可能是一个早期宇宙遗留下来的化石。 最近的一项研究发现，名为Segue 1的星系中的恒星比任何其他已知星系都含有更少的重元素，这意味着该天体可能在近130亿年前就停止了演化。 如果属实，Segue 1可能会提供一个了解早期宇宙状况的窗口，并揭示一些最早的星系是如何形成的。
Segue 1 非常非常小。 它似乎只包含几百颗恒星，而银河系则有数千亿颗恒星。 由麻省理工学院的安娜·弗雷贝尔领导的研究人员使用智利拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜和夏威夷的凯克天文台，收集了关于Segue 1星系中最亮的六颗恒星的元素组成的详细信息。 这些测量结果在一篇被天体物理学杂志接受的论文中报告，揭示这些恒星几乎完全由氢和氦组成，仅含有微量的铁等较重元素。 没有其他研究过的星系含有如此少的重元素，这使得Segue 1成为“已知化学演化程度最低的星系”。
复杂元素是在恒星核心内部通过氢和氦原子等更基本元素的核聚变形成的。 当恒星在超新星中爆炸时，会产生更重的原子。 元素喷射到太空，注入到孕育下一代恒星的气体中，因此每一代恒星都含有越来越多的重元素，即所谓的金属。 “Segue 1的金属贫乏程度令人难以置信，我们怀疑至少有几颗恒星是宇宙中最早爆炸的恒星的直接后裔，”加州大学欧文分校的研究合著者埃文·柯比说。
并非所有超新星都是相同的。 当质量非常大的恒星爆炸时，它们会形成镁和钙等元素的混合物，而低质量恒星的爆炸几乎只产生铁。 弗雷贝尔和她的同事测量了Segue 1星系恒星中每种特定元素的含量，发现它们包含大质量恒星的产物，但很少包含低质量恒星的产物。 由于大质量恒星的寿命比低质量恒星短得多，因此这一证据揭示了矮星系中恒星形成的发生速度有多快。 “Segue 1是我们现在知道的唯一一个从未被这些低质量恒星富集过的例子，这意味着它在极短的时间内，一眨眼的功夫就形成了恒星，”柯比说。 “如果它形成恒星的时间足够长，那么那些低质量恒星就必须做出贡献。”
研究结果表明，Segue 1很久以前经历过一次短暂的恒星形成爆发，然后永远停止了。 “最大的问题是，它为什么停止了？” 加州大学欧文分校的天体物理学家詹姆斯·布洛克说，他没有参与这项研究。 “像这样的星系本应该能够再制造一百万颗恒星，但它没有。”
一种可能性是再电离时期。 当宇宙诞生时，它是高温高密度的，所有气体都是电离的，这意味着质子和电子是分离的，无法结合在一起形成原子。 最终，宇宙冷却到足以让原子在气体中形成，第一批恒星就从这种物质中诞生了。 这些恒星向外喷射出辐射，使周围的气体充满能量，并在大约132亿年前的某个时候重新电离了气体。 由于恒星无法从电离气体中形成，再电离可能终止了当时现有星系中的恒星形成。 “也许Segue 1正要形成一群恒星，但再电离启动并扼杀了星系中所有的恒星形成，”柯比说。 “这也可以解释为什么恒星形成持续了这么短的时间。”
然而，情况尚未定论。 布洛克是再电离理论的主要作者之一，他说，最新的星系形成理论模拟表明，再电离造成的shutdown看起来不如科学家之前认为的那么突然。 “对我来说，再电离本身是否能做到这一点并不明显，”他说。 “也许可以，但我绝对认为还有其他可能性。” 例如，也许某些怪癖导致Segue 1在形成恒星方面效率极低，与其他星系相比。
Segue 1可能不仅有助于揭示是什么阻止了星系的演化，还有助于揭示星系是如何开始演化的。 “这项研究非常有趣，因为我真的很想知道，星系可以形成这么小吗？” 哈弗福德学院的天文学家贝丝·威尔曼说，她没有参与这项研究。 “星系在形成时可以形成并看起来像Segue 1吗？还是它们必须形成更大的星系，然后失去一些质量？” 毕竟，这种矮星系有可能曾经是一个更大的星系，并失去了大部分恒星，可能是由于其近邻银河系的扰动造成的。 然而，Segue 1星系恒星中极低的金属含量支持了它形成时大小与现在大致相同的观点，因为扰动不太可能只从星系中拉走富含金属的恒星，而留下贫金属的恒星。
如果最初形成如此微小的星系没有障碍，那么像Segue 1这样的迷你星系可能会非常丰富，但却看不见。 只有Segue 1与银河系的近距离才使得如此小而暗淡的星系可被探测到。 “我们周围可能存在200个像Segue 1这样的星系，”威尔曼说。 “我毕生的目标是试图理解，像这样的东西是宇宙中最丰富的吗？”