大多数星系都形成于宇宙早期，我们的银河系也不例外。科学家推测，银河系可能是在宇宙早期由几个矮星系碰撞形成的，这些矮星系形成于130亿年前。因此，对于这些宇宙早期星系的研究，可帮助我们更好地了解银河系的形成与演化。
10月27日，据国外媒体报道，一个国际研究小组利用阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜(ALMA)研究了118个遥远的星系，发现其中大约20%的星系中恒星发出的紫外线被尘埃所遮蔽，这就意味着，这些星系中包含着大量的尘埃和重元素，这一发现远远超出了此前的预期。
为何会有此现象？这些星系中的尘埃和重元素来自哪？此次发现是否意味着传统理论需要改写？带着这些问题，科技日报记者采访了相关专家。
科学家认为，宇宙早期星系中缺乏大量尘埃和重元素。为何有此推测？这要从它们的“身世”说起。
“大爆炸之后宇宙中包含的元素主要是氢、氦以及少量的锂元素。我们今天看到的各种更重的元素，主要是恒星演化和死亡的过程中产生并释放到星际空间的。”中国科学院国家天文台副研究员王岚向记者表示。
第一代恒星死亡后，其生成的重元素散落在星际空间，在这其中诞生的下一代恒星便包含着这些重元素，并继续生成新的重元素，就这么一代代传递下去，宇宙中的重元素也随着时间的推移而不断增加。
而恒星的诞生，并非是“匀速”的。上海交通大学物理与天文学院副研究员刘成则表示，此前观测表明，在宇宙早期，物质密度涨落较小，也缺乏恒星形成必需的冷气体。随着时间的推移，在引力作用下，暗物质逐渐成团，冷气体也随之聚集起来，才为恒星和星系的形成提供了条件，星系之间的相互碰撞也促使恒星形成率越来越高，并在宇宙大爆炸后约30亿年的时候达到峰值。“这一时期也被称为‘宇宙正午’(cosmic noon)，宇宙中一半左右的恒星和星系都是在这段时间内形成的。”刘成则说。
恒星的爆发式增长的确会带来大量尘埃和重元素。但在此之前，并没有足够的时间以及物质基础形成如此多的大质量恒星，因此科学家推测宇宙早期星系中并不包含大量尘埃以及重元素。
“此前，天文学家也在高红移星系中发现过大量尘埃，不过这种例子极其罕见。而此次研究却发现了大量的此类星系，进一步明确了大量尘埃和重元素可能在高红移星系中存在。”刘成则补充道。
“事实上，这在当今宇宙中并不常见。”中国科学院紫金山天文台助理研究员高扬表示，此次研究结果揭示了宇宙早期星系中，恒星或经历了在短期内快速生成及死亡的“生死时速”。
高扬介绍说，在宇宙早期，由于尘埃比较少，辐射压比较强，恒星本身需要更大的质量来抵抗辐射压，所以在此时期诞生的恒星其实更趋向于大质量恒星。
在此前的一些研究中，科学家模拟出的第一代恒星就可能拥有巨大的质量，大约在一百倍太阳质量以上，质量相对较小的第一代恒星甚至有可能成群形成。然而，受限于设备水平以及数据支撑，这些仍然仅限于理论模型预测，缺乏实际的观测证据。
如果宇宙早期真的可以形成大质量恒星，它们是否“心甘情愿”死亡，给星系带来大量尘埃和重元素？
“事实上，恒星的寿命主要取决于质量。质量越大的恒星，寿命越短，甚至有的大质量恒星，会在诞生后几百万年内死亡。”高扬表示，几百万年的时间听起来虽然不短，但与宇宙约138亿年的历史相比，如弹指一挥间。
因此，宇宙早期星系的演化速度可能比我们预想的要快得多。如果此次研究结果能够得以证实，对于研究宇宙早期星系的形成与演化具有重要意义。
王岚表示，星系的形成和演化是一个非常复杂的过程，这一研究领域一直在发展，理论模型也在不断完善。此次研究结果是否能够推动星系演化模型的改进，还需要更多的观测数据来支撑。
研究人员也表示，为了更多地了解这些遥远的星系，未来希望能够通过ALMA对单个星系进行更长时间的观测，来确定这些尘埃在星系中的确切位置以及气体是如何运动的；除此之外，还要把这些包含大量尘埃和重元素的星系与其他距离大致相同的星系进行比较，来找出它们是否具有某些特殊之处。
（陈曦）
