天文學家使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡回望宇宙的早期——他們發現了一些意想不到的事情。
根據周三發表在《自然》雜誌上的一項新研究，太空天文台揭示了在創造宇宙的大爆炸後 5 億至 7 億年之間存在的六個大質量星系。這些超大質量的成熟星系，幾乎與時間本身一樣古老。
這一發現完全顛覆了現有的關於星系起源的理論。
「這些物體比任何人預期的都要大得多，」該研究的合著者、賓夕法尼亞州立大學天文學和天體物理學助理教授 Joel Leja 在一份聲明中說。「我們預計在這個時間點只會發現微小的、年輕的、嬰兒星系，但我們在以前被認為是宇宙的黎明時期發現了和我們自己一樣成熟的星系。」
該望遠鏡以人眼不可見的紅外線觀測宇宙，並能探測到遠古恆星和星系發出的微弱光線。通過凝視遙遠的宇宙，天文台基本上可以看到大約 135 億年前的時間。（科學家確定宇宙的年齡約為 137 億年。）
「大質量星系的形成在宇宙歷史的極早時期就開始了，這一發現顛覆了我們許多人之前認為的固定科學，」Leja 說。「我們一直非正式地將這些物體稱為宇宙破壞者——到目前為止，它們一直名副其實。」
這些星系是如此巨大，以至於它們與代表宇宙中早期星系的 99% 的模型相衝突，這意味著科學家需要重新思考星系是如何形成和演化的。目前的理論表明，星系起源於隨時間增長的小恆星和塵埃雲。
「我們第一次研究了非常早期的宇宙，並不知道我們會發現什麼，」Leja 說。「事實證明，我們發現了一些意想不到的東西，它實際上給科學帶來了問題。它使早期星系形成的全貌受到質疑。」
Leja 和他的同事開始分析韋伯數據，以及望遠鏡在 7 月發布的第一批高解析度圖像。星系以大光點的形式出現，團隊驚訝地看到它們——非常驚訝，他們認為他們在解釋數據時犯了一個錯誤。
「當我們獲得數據時，每個人都開始投入其中，這些巨大的東西很快就冒出來了，」Leja 說。「我們開始建模並試圖弄清楚它們是什麼，因為它們又大又亮。我的第一個想法是我們犯了一個錯誤，我們會發現它並繼續我們的生活。但我們還沒有找到那個錯誤，儘管做了很多嘗試。」
Leja 說，確定星係為何增長如此之快的一種方法是拍攝星系的光譜圖像，這涉及將光分成不同的波長以定義各種元素，以及確定星系的真實距離。光譜數據將提供對星系及其令人印象深刻的大小的更詳細觀察。
「光譜會立即告訴我們這些東西是否真實，」Leja 說。「它將向我們展示它們有多大，它們有多遠。有趣的是，我們擁有所有這些我們希望從 James Webb 那裡學到的東西，而這遠不及榜首。我們發現了一些我們從未想過要問宇宙的事情——它發生的速度比我想像的要快得多，但我們就在這裡。」
Leja 說，這些星系是如此之大，以至於在 99% 的早期宇宙模型下它們似乎是不可能存在的。大爆炸後不久，它的質量比大多數數學所能解釋的要多得多。
也有可能用韋伯數據識別的星系實際上完全是另外一回事。
「到目前為止，這是我們第一次回顧過去，所以對我們所看到的情況保持開放的心態很重要，」Leja 說。「雖然數據表明它們很可能是星系，但我認為這些物體中的一些很有可能是被遮蔽的超大質量黑洞。無論如何，我們發現的質量意味著我們宇宙這個時期已知的恆星質量比我們之前認為的大 100 倍。即使我們將樣本減半，這仍然是一個驚人的變化。」