科學(xué)家發(fā)現(xiàn)不該存在的星系

●浩海云 編

我們的宇宙，始于大約138億年前的大爆炸。在那之后，原子、分子和恒星等結(jié)構(gòu)才逐漸形成。然而，宇宙中的第一代恒星和星系是如何以及何時形成的，一直是一個難以回答的問題。于2021年圣誕節(jié)發(fā)射的韋布空間望遠(yuǎn)鏡的主要任務(wù)之一就是揭開這一迷霧。

韋布空間望遠(yuǎn)鏡配備了極高靈敏度的紅外感應(yīng)儀器，它的高分辨率讓它有能力觀測對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡來說太過古老、遙遠(yuǎn)或微弱的天體。自大爆炸后，宇宙便不斷地在膨脹，因此第一代恒星和星系釋放出的紫外線和可見光在向我們傳播的過程中，也會被宇宙的膨脹拉長。所以當(dāng)這些光抵達(dá)近地空間時，我們看到的便是紅外光。

如今，韋布空間望遠(yuǎn)鏡的紅外視野已經(jīng)為我們帶來一幅幅全新的宇宙圖像，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些存在于大爆炸后約2～4億年的古老星系。在一項新的研究中，韋布空間望遠(yuǎn)鏡更是顛覆了我們對星系的理解：一個國際團(tuán)隊在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)了6個古老的星系，它們的質(zhì)量比任何人預(yù)想的都要大得多！

韋布空間望遠(yuǎn)鏡

在發(fā)表于《自然》的論文中，研究人員介紹了這6個“本不該存在”的古老星系。假如結(jié)果是正確的，就意味著要么宇宙學(xué)模型需要被修正，要么就需要改變對早期宇宙中星系形成的科學(xué)理解。

古老卻巨大

研究團(tuán)隊利用韋布空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)布的第一個數(shù)據(jù)集，對靠近北斗七星的一片天區(qū)進(jìn)行了調(diào)查，這是哈勃在20世紀(jì)90年代首次觀測到的一片相對“無聊”的區(qū)域。

在研究一片大概只有郵票大小的區(qū)域時，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的“模糊光點(diǎn)”，它們看起來異常紅、異常明亮。在天文學(xué)中，紅光可以理解成“古老的光”（相比之下，距離地球越近的光就越藍(lán)）。

研究人員對這些光進(jìn)行了計算和建模。他們發(fā)現(xiàn)，每一個候選星系都存在于宇宙黎明時期，也就是大約在大爆炸后的5～7億年（或者說距今130億年前）。這些星系所包含的恒星質(zhì)量是太陽的100億倍，其中一個更是高達(dá)1000億倍！

在標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型中，宇宙中的物質(zhì)是慢慢聚集在一起，從小的結(jié)構(gòu)逐漸融合成更大的結(jié)構(gòu)。我們的銀河系正是經(jīng)歷超過130億年時間的發(fā)展，才演變成今天的樣子。但這些既龐大又明亮的星系，所包含的恒星卻幾乎和現(xiàn)代銀河系一樣多，這簡直令人難以置信。研究人員稱它們?yōu)椤坝钪嫫茐恼摺保驗(yàn)樵谠缙谟钪嬷校緵]有足夠的時間可以制造出跟銀河系一樣多的恒星。

六個“本不該存在”的古老星系

錯誤還是顛覆？

這樣驚人的數(shù)據(jù)讓研究人員自然冒出的第一個想法是，他們一定犯了個錯，而他們找出這個錯誤就可以了。但最終，盡管進(jìn)行了許多嘗試，他們?nèi)詻]有找到這個假想的“錯誤”。一種可能的解釋是，宇宙中存在著某種未知的方式，可以快速地形成這些“怪物”星系。

但需要注意的是，目前只是初步觀測的結(jié)果，所以我們并不能排除其他可能性，比如它們實(shí)際上并不是星系而是其他天體。為了確切地知道這些遙遠(yuǎn)的物體究竟是什么，天文學(xué)家需要使用光譜學(xué)來確認(rèn)它們的真實(shí)距離和質(zhì)量。

此外，光譜學(xué)也能告訴我們，是什么產(chǎn)生了光，是恒星還是其他更奇特的東西。比如看起來像是恒星發(fā)出的光，實(shí)際上是由星系中心的超大質(zhì)量黑洞吞噬的氣體和塵埃發(fā)出的光。

幸運(yùn)的話，在不到一年的時間，韋布空間望遠(yuǎn)鏡就能為我們揭曉謎題的最終答案。