臺北市立天文科學教育館

星系究竟能長到多大？加那利群島天文物理研究所主導的研究團隊，以前所未有的精確度測量了已知最大星系之一 IC 1101 的大小。這個龐大的天體位於星系團 Abell 2029 的中心，距離地球約 10 億光年。結果顯示，IC 1101 主體直徑約 170 萬光年，大約是銀河系的 10 倍。如果將它放在銀河系與仙女座星系之間，其範圍幾乎足以橫跨兩者之間的距離。在主體邊界內，IC 1101 所含恆星的總質量約為太陽的 3.4 兆倍，大約是銀河系恆星總質量的 70 倍。

數十年來，天文學家一直知道 IC 1101 異常巨大，卻無法確定它的主體究竟延伸到哪裡。研究團隊希望回答一個簡單卻根本的問題：在當今的宇宙中，星系究竟能長到多大？為此，團隊取得了迄今對 IC 1101 拍攝的最深度影像，揭露了過去較淺影像看不見的暗淡外圍結構。不過，星系並不像固體物體那樣有清楚的表面。距離中心越遠，恆星的分布就越稀疏。這次測得的邊界是一個物理上的過渡區。在此之外，恆星不再受 IC 1101 本身束縛，而是分布於周圍星系團的瀰漫恆星物質之中。因此，研究辨識的是星系主體的有組織結構在哪裡結束，以及它從哪裡開始與星系團的瀰漫光混合，而非一條突然截斷所有星光的界線。

圖說：巨大星系 IC 1101 的可見光影像，中央可見淡黃色的明亮區域，以及向外延伸的朦朧星光。影像由位於西班牙加那利群島、口徑約 2.5 公尺的艾薩克·牛頓望遠鏡搭配廣角相機拍攝，結合兩個波段、累積曝光約 8.4 小時的影像，呈現星系周圍極為暗淡的外圍結構。

新影像也顯示，IC 1101 仍在成長。團隊在主體邊界之外發現極為暗淡且不規則的結構，最遠延伸至距離中心約 200 萬光年的地方。這些結構很可能是較小星系的殘骸。這些星系受到 IC 1101 與星系團的潮汐作用而逐漸瓦解，留下分散的恆星物質。外圍結構顯示，IC 1101 仍在持續吸納物質、繼續成長。這種成長可以比作城市擴張：城市在某個時刻有可辨識的都市邊界，但隨著外圍持續增加房屋、街區與郊區，邊界也會逐漸向外推移。同樣地，IC 1101 今天有可以測量的主體邊界，但這個邊界並不代表它未來成長的極限。這也符合目前模型的解釋：較小的系統透過合併與吸積，逐步組成更大的系統。隨著宇宙演化，更多大質量星系可能成長到類似規模。IC 1101 的成長過程似乎格外有效率，讓我們得以提前一窺許多大質量星系未來可能的樣貌。

宇宙花了 138 億年，才形成 IC 1101 這樣龐大的系統，因此它也是檢驗星系形成理論的重要對象。宇宙學模型不僅要能形成星系，還必須能在大霹靂至今的有限時間內，讓星系成長到觀測所見的大小。如果模型無法形成像 IC 1101 這麼大的星系，就可能遺漏了成長過程中的某個重要環節。這項研究進一步確立 IC 1101 為已知具有可靠物理邊界測量結果的最大星系，使它成為研究星系成長極限、檢驗現有理論能否重現宇宙中最大天體的獨特實驗室。研究已發表於《Astronomy & Astrophysics》(Marrero-de la Rosa et al., 2026)。（編譯 / 段皓元）

資料來源：IAC