2024-04-11 15:27 来源：本站编辑
一项新的研究报告称，有史以来发射的最强大的天文台詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)所揭示的古代宇宙的观点是如此出乎意料，以至于科学家们认为它可能对我们对宇宙的基本理解构成根本性的挑战。
望远镜观测到了在宇宙大爆炸后大约5亿到7亿年形成的巨大星系，这让研究人员感到困惑，不知道这样的星系庞然大物是如何在宇宙历史的早期出现的。这些星系的存在可能会对宇宙学的标准模型提出严重的挑战，该模型也被称为Lambda冷暗物质模型(ΛCDM)，该模型是一个非常得到充分证实的框架，可以准确地预测宇宙中的许多现象。
JWST在最终进入太空之前经历了一系列的延迟，但它的结果证明是值得等待的。该望远镜于2021年圣诞节发射，以其前所未有的灵敏度彻底改变了我们对宇宙的看法。在距离地球约100万英里的高空，JWST捕捉到了我们太阳后院的非凡镜头，同时也凝视着130多亿年前的过去，当时一些第一批恒星和星系正在形成。
除了这些令人惊叹的照片外，JWST还精确地捕捉到了以前的望远镜不可能看到的令人困惑的景象。例如，该望远镜在宇宙早期发现了几个看起来非常巨大的星系，其质量是我们太阳的100亿到1000亿倍。简单地说:根据标准模型中的规则，这些星系不应该存在。
德克萨斯大学奥斯汀分校的宇宙学家Michael Boylan-Kolchin现在已经揭示了这些星系是如何“压力测试”ΛCDM，根据周四发表在《自然天文学》上的一项研究，揭示了“一个由观测得出的星系性质的重要未解决问题”。
博伊兰-科尔钦在给Motherboard的电子邮件中说:“结果对我来说真的很意外，这是一个非常令人兴奋的时期。”“我从未见过伴随第一批数据发布而来的如此疯狂的活动和结果!”
他继续说:“我是一名理论家，所以我自己不分析这些图像，但我记得第一批图像一公开就下载到我的手机上，并对这一成就感到惊讶，人类可以在虚拟中看到可能看到的边缘，并捕捉到星系形成的最早阶段。”
的确，从纯粹的美学角度来看，JWST的图像令人瞠目结舌，但博伊兰-科尔钦和其他科学家也在望远镜的观测中发现了许多谜团，包括那些在大爆炸大约5亿年后出现的大质量星系。
“这些物体看起来确实是早期的庞然大物，”博伊兰-科尔钦指出。“它们的质量如此之大，以至于我们不指望那时宇宙中有足够多的原子物质来产生这么多的恒星成分。”
那么这些星系是如何迅速变得如此巨大的呢?JWST的观测表明，答案可能与同一时期超大质量黑洞的快速增长有关。几乎所有现代星系的中心都有一个超大质量黑洞，包括银河系，这表明这是大型星系结构的核心特征。如果早期宇宙中的黑洞能够在短时间内增长到巨大的质量，这也许可以解释为什么这么多大质量的星系出现在望远镜的图像中——尽管这种解释本质上是用一个谜换另一个谜。
“来自JWST的早期数据表明，大质量黑洞在早期可能比天体物理学家认为的更普遍;现在，这似乎是解释这些星系的最有可能的情况，”博伊兰-科尔钦说。“然而，目前这只是一个假设，需要更多的工作来证实或反驳这种可能性。”
他补充说:“如果事实证明，大质量黑洞使这些星系看起来比实际更大，那么我们将有其他的困惑需要理解:在早期宇宙中，如此多的黑洞是如何如此迅速地变得如此巨大的?”
也可以想象，早期宇宙中某种未知的机制加速了恒星形成的过程，这可以解释为什么这些早期星系看起来如此巨大和明亮。另一种令人难以置信的可能性是，这些星系中挤满了一组被称为星族III的恒星，它们是宇宙中第一批发光的恒星。几十年来，观测这些恒星祖先一直是天文学的主要目标，但要看到在时间和空间上如此遥远的物体是极其困难的。III星族预计会比它们的后代更亮、更大，这暗示着它们可能隐藏在JWST看到的奇怪星系中。
然而，如果这些解释最终都不合适，那么可能是时候考虑这些古老的星系是否暴露了我们对宇宙理解的一个基本缺口。
博伊兰-科尔钦说:“也许观测结果告诉我们，我们标准的、非常成功的ΛCDM宇宙学是不完整的，我们缺少了一个组成部分。”“有一些线索可以证明这一点:例如，基于早期宇宙时代的测量，对宇宙膨胀率的计算与局部宇宙的直接测量不一致。一些针对这一分歧的解决方案被称为‘哈勃张力’，涉及在宇宙大爆炸仅5万年后的早期阶段添加额外的暗能量。”
他补充说:“这些‘早期暗能量’模型的一个有趣的副产品是，它们预测了结构的更快演化和高红移的更多结构，这恰恰有助于解释这些巨大的早期星系的存在。”“有趣的是，一个单一的解决方案可能解释这些观察到的差异。”
有一件事是明确的:为了解开这些奇怪图像的真正含义，科学家们的工作很艰巨。为此，未来的观测可以帮助确认这些星系真的有那么大，天文学家还计划观察更大的天空，以确保他们看到的不是局限于一个区域的侥幸现象。不过现在，我们都不得不不安地坐在这些无法解释的星系巨人面前，它们就在时空的边缘。
博伊兰-科尔钦总结道:“科学家们正在积极探索这两条道路。”事实上，这使得这个领域更加令人兴奋:这些问题我们应该能够在几个月或几年的时间内回答，而不是几十年。我迫不及待地想看看我们会发现什么，还有什么惊喜在等着我们!”
