它们很大，很亮，很漂亮——而且它们甚至不应该存在，至少以我们目前的天文学知识来看：巨大的螺旋星系，相比之下，我们巨大的银河系显得相当渺小。与最大的巨型椭圆星系相比，螺旋星系应该算是小鱼小虾，这些椭圆星系是呈橄榄球形状的恒星群，被认为是宇宙中最大最亮的星系。但是现在，一项跨越数十亿光年的搜索捕获了一种罕见的“超级螺旋”星系，它们在大小和亮度上可以与巨型椭圆星系相媲美，这引发了关于这种庞然大物如何诞生的疑问。
“我真的很惊讶，”加州理工学院的天文学家帕特里克·奥格尔说，他今年早些时候发现了这些超级螺旋星系。奥格尔通过分析NASA星系外数据库（一个在线星系信息汇编）来寻找它们。他检查了距离地球35亿光年内的近80万个星系，并按亮度，特别是它们辐射多少可见光进行了排名。天文学家使用符号 L* 来指定大星系的特征亮度，发音为“L 星”，大致对应于我们银河系的亮度。
亮度远高于 L* 的星系极其罕见，通常是椭圆星系。尽管如此，这种强大的星系确实存在，奥格尔样本中最亮的星系亮度为 20 L*。果然，它是一个星系团中的巨型椭圆星系。
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但是，正如奥格尔的团队在上个月提交给《天体物理学杂志》的论文中报道的那样，他们发现的最亮的星系中有百分之三实际上是螺旋星系。“它们看起来像普通的螺旋星系，但是除非你量化它们有多远，否则你不会意识到它们有多大和多亮，”奥格尔说。“我认为这可能就是以前人们没有注意到它们的原因。” 他的样本显示了 53 个亮度介于 8 到 14 L* 之间的螺旋星系。最大的超级螺旋星系位于武仙座，拥有一个跨度为 44 万光年的恒星盘，是银河系恒星盘的四倍大。
“这些东西真的很少见，”奥格尔说。超级螺旋星系在每十亿立方光年的空间中只会出现一次，因此天文学家必须观察很远的距离才能看到任何一个。最著名的巨型椭圆星系，室女座星系团中的 M87，距离地球 5400 万光年，而奥格尔样本中最接近的超级螺旋星系距离地球 12 亿光年。由于它们的距离很远，这些星系在当前的图像中显得模糊；哈勃太空望远镜尚未对其进行成像以展现其全部美丽。
阿拉巴马大学塔斯卡卢萨分校的天文学家威廉·基尔没有参与这项研究，他说他只知道一个在远处可比的星系：同样巨大但亮度较低的UGC 2885，一个位于英仙座的螺旋星系。“一个[星系]是一块宠物石头；十个是一个统计样本，”基尔说。随着现在已知有 50 多个超级螺旋星系，天文学家希望了解这些巨大实体是如何产生的。
“这是最大的谜团，”瓦萨学院的天文学家黛布拉·埃尔姆格林说，她没有参与超级螺旋星系的发现。“它们为什么会出现在那里？为什么它们不是椭圆星系？” 椭圆星系可以长得很大，因为它们通常占据星系团繁忙的中心，在那里它们吞噬其他星系。螺旋星系更喜欢安静、人口较少的邻域；此外，星系碰撞通常会破坏精致的螺旋星系，并将其转变为无定形的椭圆星系。
尽管如此，即使是普通大小的螺旋星系，在恒星形成方面也可能胜过它们的巨型椭圆星系，恒星形成主要发生在螺旋星系充满气体和尘埃的旋臂中。超级螺旋星系也不例外，它们每年通过将 5 到 65 个太阳质量的气体转化为太阳来大量产生恒星。相比之下，银河系的速率仅为每年两个太阳质量。螺旋星系可以通过从星系际空间获取额外的气体来维持其恒星制造数百万年。然而，随着星系变得越来越大，下落的气体撞击得太快，以至于会加热到极高的温度，从而抑制恒星的形成。因此，螺旋星系应该只能长到那么大。然而，不知何故，超级螺旋星系还在继续增长。
它们起源的线索可能来自它们结构的更精细的细节。在五十多个超级螺旋星系中，有四个具有双核，这表明这四个星系中的每一个都来自两个较小的螺旋星系的合并。通常，螺旋-螺旋合并会形成椭圆星系，但是如果两个螺旋星系以正确的方式相互接近——它们的盘面平行并且都朝同一个方向旋转——那么这对星系可以联手创建一个更大的螺旋星系。为了支持这个想法，其中两个超级螺旋星系的中心都藏有明亮的类星体。当气体坠入星系中心的超大质量黑洞时，类星体会发光，而这个过程通常是由星系合并触发的。
奥格尔说，超级螺旋星系最终会随着数十亿年的时间流逝而消退，因为它们会耗尽气体并停止恒星的形成。他怀疑每个星系都会变成所谓的透镜状星系，介于螺旋星系和椭圆星系之间：像螺旋星系一样，透镜状星系具有恒星盘，但像椭圆星系一样，它的气体太少而无法产生更多的星系，并且缺乏旋臂。然而，在超级螺旋星系遭受这种命运之前很久，一支望远镜舰队肯定会仔细研究它们，以一劳永逸地解决这些美丽的物体是如何长到如此巨大规模的问题。