揭开宇宙最早星系的谜团

詹姆斯·韦伯空间望远镜：揭示宇宙黎明时期的巨星系之谜

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华盛顿，10月6日 - 自去年开始运行以来，詹姆斯·韦伯空间望远镜已经提供了对我们宇宙早期历史的惊人一瞥，发现了一群可以追溯到被称为宇宙黎明的神秘时代的星系集合。

但是，宇宙早期似乎存在着看似巨大且成熟的星系，这违反了预期 - 太大而且太早。这让科学家们不得不寻找一个解释，同时质疑宇宙学的基本原理 - 宇宙的起源和发展的科学。一项新的研究可能会在不撕毁教科书的情况下解决这个谜团。

研究人员使用复杂的计算机模拟来模拟最早的星系是如何演化的。这些模拟表明，在大约138亿年前的宇宙大爆炸事件之后的前几亿年内，这些星系中的星形成方式与今天宇宙中的像我们的银河系那样大的星系不同。

研究发现，这些早期星系中的恒星形成是间歇性的大爆发，而不是稳定的节奏。这一发现很重要，因为科学家通常使用一个星系的亮度来估算它的大小 - 来自其数以百万计或十亿计的恒星的总质量。

根据这项研究的结果，这些早期星系可能如最初预期的那样相对较小，但由于辉煌的恒星形成爆发，它们可能会像真正的大型星系一样明亮，从而产生了质量巨大的虚假印象。

伊利诺伊州西北大学的天文学博士后研究员孙国超是这项研究的主要作者，他解释说：“天文学家可以确切地测量这些早期星系的亮度，因为光子（光的粒子）是可以直接检测和计数的，而要确定这些星系是否真的很大或很重是困难得多。它们之所以看起来很大，是因为它们被观察到很明亮。”

詹姆斯·韦伯空间望远镜于2021年发射，并于2022年开始运行，出人意料地在宇宙黎明时期探测到了大约比大多数理论模型预期的亮星系多出10倍的数量。

伊利诺伊州西北大学的天体物理学家克洛德 - 安德烈·法尼尔 - 吉吉尔表示：“根据标准宇宙模型，宇宙黎明时期不应该有太多非常庞大的星系，因为在宇宙大爆炸之后，星系需要时间才能生长。在宇宙大爆炸之后，宇宙充满了非常炽热，几乎均匀的等离子体 - 一团火球 - 没有恒星或星系。”

他继续说：“在我们的新论文中，我们通过我们的模拟定量地表明，恒星形成爆发会产生光的闪烁，可以解释韦伯望远镜观测到的非常明亮的星系。这一发现的重要性在于，我们可以解释这些非常明亮的星系，而无需改变标准宇宙模型。”

这项研究中的模拟是作为相对论环境反馈（FIRE）研究项目的一部分进行的，研究的重点是“爆发性的恒星形成”现象。

孙国超解释说：“与几乎恒定的速度形成恒星不同，早期星系中的恒星形成活动是间歇性的，会不断开关，会有一定的时间内大幅度的波动。这反过来会导致它们的亮度出现大幅度的变化，因为望远镜（如JWST）看到的光是这些星系内诞生的年轻恒星发出的。”

研究人员提出了一个理论来解释为什么较小的星系会出现这种现象。在这些星系中，一批非常大的恒星可能会突然形成，然后由于它们的巨大尺寸在几百万年内爆炸成超新星。这些爆炸将气体喷射到太空中，成为后续恒星形成的原料。相比之下，较大星系中的更强大的引力效应阻止了这些突发事件，有利于持续的恒星形成。

孙国超预计，无论这些发现是否符合科学预期，詹姆斯·韦伯空间望远镜将继续挑战我们对宇宙的理解，提供新的见解。

他兴奋地说：“这正是科学如何发展和进步的方式。”

Source : Reuters (Reporting by Will Dunham)