6个“本不该存在”的星系，震惊了天文学家

本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：Gaviota，原文标题：《发现不该存在的星系！》，题图来自：视觉中国

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年圣诞节发射的韦布空间望远镜（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。自大爆炸后，宇宙便不断地在膨胀，因此第一代恒星和星系释放出的紫外线和可见光在向我们传播的过程中，也会被宇宙的膨胀拉长。所以当这些光抵达我们时，我们看到的便是红外光。

2021年12月底，天文学家将他们最好的圣诞礼物送入了太空，也就是韦布空间望远镜。它是有史以来发射的最强大的韦布空间望远镜的艺术家畅想图。（图/NASA GSFC， CIL， Adriana Manrique Gutierrez）

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。

古老却巨大  

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）。

这些来自JWST的放大图像展示了6个明亮、极红且极遥远的星系，它们的质量似乎大到“不该存在”。其中一个星系（左下）可能包含了和现代银河系一样多的恒星。（图/NASA， ESA， CSA， I. Labbe， G. Brammer）

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。

错误还是颠覆？  

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西。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，在不到一年时间内，JWST就能为我们揭晓谜题的最终答案。‍‍

参考来源：

https://www.psu.edu/news/research/story/discovery-massive-early-galaxies-defies-prior-understanding-universe/

https://www.colorado.edu/today/2023/02/22/webb-telescope-spots-super-old-massive-galaxies-shouldnt-exist

https://www.sciencenews.org/article/james-webb-telescope-six-galaxies-old

https://theconversation.com/we-just-discovered-the-impossible-how-giant-baby-galaxies-are-shaking-up-our-understanding-of-the-early-universe-200343

本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：Gaviota