目前,我们在地球上朝着各个方向观测到,最远只能看到465亿光年的距离,这就是可观测宇宙的范围。我们处在包含上千亿颗恒星的银河系中,而银河系又是处在包含2万亿个星系的可观测宇宙中。虽然宇宙中的星系非常多,但它们都遵循同样的物理学规则。
通过观测银河系及其附近的星系,我们知道,现在的星系通常被引力束缚成一个整体,质量非常庞大,其中有些年老的恒星在衰亡,还有一些新的恒星在诞生。据估计,银河系中每年大约有1颗中低质量恒星演化为白矮星,每100年大约有3颗大质量恒星爆发成超新星,每年大概还有6颗新的恒星诞生。因此,银河系整体上还是欣欣向荣的,恒星的数量还在持续增加。
星系合并在宇宙中非常普遍,当两个大小相似的星系在引力的作用下发生碰撞时,由此会引发星爆,大量新的恒星会从星云中形成。星爆星系十分明亮,它们的亮度甚至可以比大型星系更耀眼。在适当的情况下,星系中的一些星云会形成恒星,而其余的气体云则会被驱逐出星系,进入星系际空间,成为星系际介质。
随着新恒星的不断形成,星系中的气体云会逐渐耗尽。那些质量最大、光谱呈现为蓝色的大质量恒星寿命非常短暂,只有几百万年到几千万年。当那些大质量恒星逐渐消亡时,星系也就会随之老去。星系中只会剩下一些更红、更暗、质量更低的恒星,尤其是那些质量很小的红矮星。
然而,哈勃太空望远镜发现的MACSJ2129-1星系完全出乎天文学家的预料。在距离地球60亿光年的地方,存在一个名为MACSJ2129-0741的星系团。这个质量巨大的星系团强烈扭曲了周围的空间,使得遥远背景星系的光经过其附近时发生了扭曲,产生了广义相对论所预言的引力透镜效应。其中,我们可以看到一个遥远的星系——MACS2129-1,它距离我们108亿光年。
尽管MACSJ2129-1星系的质量达到了银河系的3倍,但它的气体云含量非常少,结构十分紧凑,大小只有银河系的一半,自转速度是银河系的两倍。这个星系的颜色非常暗淡,完全没有新的年轻恒星。
MACS2129-1是早期宇宙中的星系,那时宇宙才诞生30亿年,它发出的光用了108亿年才到达地球。如此早期的星系却没有新的恒星,气体云被消耗殆尽,这仍然是天文学家无法解释的谜团。