我们的宇宙,始于大约138亿年前的⼤爆炸。在那之后,原⼦、分⼦和恒星等结构才逐渐形成。然而,宇宙中的第⼀代恒星和星系是如何以及何时形成的,一直是⼀个难以回答的问题。于2021年圣诞节发射的⻙布空间望远镜(JWST)的主要任务之⼀就是为了揭开这⼀迷雾。JWST配备了极⾼灵敏度的红外感应仪器,它的⾼分辨率让它有能⼒观测对哈勃空间望远镜来说太过古⽼、遥远或微弱的天体。
在过去的⼀年中,JWST的红外视野已经为我们带来⼀幅幅全新的宇宙图像,并且已经发现⼀些存在于⼤爆炸后约2-4亿年的古⽼星系。在⼀项最新的研究中,JWST更是颠覆了我们对星系的理解:⼀组国际团队在早期宇宙中发现了6个古⽼的星系,令⼈惊讶的是,它们的质量⽐任何⼈预想的都要⼤得多!
在发表于《⾃然》的论⽂中,研究⼈员介绍了这6个“本不该存在”的古⽼星系。假如结果是正确的,就意味着要么宇宙学模型需要被修正,要么就需要改变对早期宇宙中星系形成的科学理解。
研究团队利⽤JWST发布的第⼀个数据集,对靠近北⽃七星(Big Dipper)的⼀⽚天区进⾏了调查,这是哈勃在20世纪90年代⾸次观测到的⼀⽚相对“⽆聊”的区域。在研究⼀⽚⼤概只有邮票⼤⼩的区域时,团队发现了⼀些奇怪的“模糊光点”,它们看起来异常红、异常明亮。在天⽂学中,红光可以理解成“古⽼的光”(相⽐之下,距离地球越近的光就越蓝)。
研究⼈员对这些光进⾏了计算和建模。他们发现,每⼀个候选星系都存在于宇宙黎明时期,也就是⼤约在⼤爆炸后的5-7亿年(或者说距今130亿年前)。这些星系所包含的恒星质量是太阳的100亿倍,其中⼀个更是⾼达1000亿倍!
在标准宇宙学模型中,宇宙中的物质是慢慢聚集在⼀起,从⼩的结构逐渐融合成更⼤的结构。我们的银河系正是经历130⼏亿年时间的发展,才演变成今天样⼦。但这些既庞⼤⼜明亮的星系,所包含的恒星却⼏乎和现代银河系⼀样多,这简直令⼈难以置信。研究⼈员将它们称之为“宇宙破坏者”,因为在早期宇宙中,根本没有⾜够的时间可以制造出跟银河系⼀样多的恒星。
这样惊⼈的数据让研究⼈员⾃然冒出的第⼀个想法是,他们⼀定犯了个错,⽽他们找出这个错误就可以了。但最终,尽管进⾏了许多尝试,他们没有找到这个假想的“错误”。⼀种可能的解释是,宇宙中存在着某种未知的⽅式,可以快速地形成这些“怪物”星系。
但需要注意的是,⽬前只是初步观测的结果,所以我们并不能排除其他可能性,⽐如它们实际上并不是星系⽽是其他天体。为了确切地知道这些遥远的物体究竟是什么,天⽂学家需要使⽤光谱学来确认它们的真实距离和质量。此外,光谱学也能告诉我们,是什么产⽣了光,是恒星还是其他更奇特的东⻄。⽐如看起来像是恒星发出的光,实际上是由星系中⼼的超⼤质量⿊洞吞噬的⽓体和尘埃发出的光。
幸运的话,在不到⼀年的时间,JWST就能为我们揭晓谜题的最终答案。