大爆炸后5-8億年誕生的六個(gè)大質(zhì)量星系的圖像。Credit: NASA / ESA / CSA / I. Labbe,嬰動(dòng)搖的理 Author provided
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)（by Ivo Labbe, The Conversation）：“看看這個(gè)，”埃里卡的兒星信息說。她正在仔細(xì)研究全新的系何詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)拍攝的第一批圖像。
現(xiàn)在是早期2022年7月，距離革命性的宇宙超級望遠(yuǎn)鏡發(fā)布首批圖像僅僅一周。25年的巨大解制作過程，比以前的嬰動(dòng)搖的理任何望遠(yuǎn)鏡都強(qiáng)大100到1000倍，是兒星人類歷史上最大和最雄心勃勃的科學(xué)實(shí)驗(yàn)之一:很難不用最高級的語言來說話，這都是系何真的。
這架望遠(yuǎn)鏡花了幾十年時(shí)間建造，早期因?yàn)樗仨毐恢瞥煽烧郫B的宇宙，以適應(yīng)火箭的巨大解頂部，并被送到距離地球150萬公里的嬰動(dòng)搖的理寒冷太空中。在這里，兒星遠(yuǎn)離地球的熱輻射，JWST可以探測到來自遙遠(yuǎn)宇宙的最微弱的紅外光。
我不知道在這些照片中有一個(gè)小紅點(diǎn)，它將動(dòng)搖我們對大爆炸后第一個(gè)星系如何形成的理解。經(jīng)過幾個(gè)月的分析，我和我的同事剛剛在《自然》雜志上發(fā)表了我們的結(jié)果。
尋找新的星系
艾麗卡和我正在尋找新類型的星系。古老的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)錯(cuò)過的星系，即使是在數(shù)十年的巡天之后。
她和我15年前就認(rèn)識了。我們相遇時(shí)，她是加州文理學(xué)院的一年級學(xué)生，而我是一名剛從大學(xué)畢業(yè)的博士，剛剛開始我在洛杉磯的第一份研究工作。JWST只是一個(gè)遙遠(yuǎn)的謠言。
不知何故，許多年后，我們再次相遇，現(xiàn)在，我和科羅拉多大學(xué)的助理教授埃里卡·尼爾森正站在攻擊一個(gè)非常真實(shí)的JWST的第一批數(shù)據(jù)的尖端。
她稱這些新星系為“不明飛行物”，我可以從字里行間讀出一個(gè)巨大的笑容:“超紅色扁平物體”，因?yàn)樗鼈兛雌饋矶枷耧w碟。在彩色圖像中，它們看起來非常紅，因?yàn)樗械墓舛紒碜约t外線，而星系在人類可以看到的波長下是不可見的。
紅外線是JWST的超能力，讓它能夠偵察最遙遠(yuǎn)的星系。來自大爆炸后形成的第一批恒星和星系的紫外線和可見光在向我們傳播時(shí)被宇宙的膨脹所拉伸，所以當(dāng)光到達(dá)我們時(shí)，我們看到的是紅外光。
不可能的早期，不可能的巨大星系
艾麗卡的所有星系看起來都像飛碟，除了一個(gè)。我盯著屏幕上的小紅點(diǎn)。那不是不明飛行物。然后我突然想到:這是非常不同的事情。重要得多。
我在小針刺上運(yùn)行分析軟件，它吐出兩個(gè)數(shù)字:距離131億光年，質(zhì)量1000億顆恒星，我差點(diǎn)吐出我的咖啡。我們剛剛發(fā)現(xiàn)了不可能的事。不可思議的早期，不可思議的巨大星系。
在這個(gè)距離上，光需要130億年才能到達(dá)我們這里，所以我們看到的星系是在宇宙只有7億歲的時(shí)候，僅僅是現(xiàn)在138億歲的5%。如果這是真的，這個(gè)星系已經(jīng)形成了和我們今天的銀河系一樣多的恒星。以創(chuàng)紀(jì)錄的速度。
哪里有一個(gè)，哪里就有更多。一天后，我找到了六個(gè)。
天文學(xué)的缺失環(huán)節(jié)？
我們有可能發(fā)現(xiàn)天文學(xué)中缺失的一環(huán)嗎？星系的形成有一個(gè)長期的謎團(tuán)。當(dāng)我們在太空中遠(yuǎn)眺，回到過去，我們看到完全形成的成熟星系的“尸體”似乎在大爆炸后15億年左右突然出現(xiàn)。
這些星系已經(jīng)停止形成恒星。我們稱之為死亡星系，一些天文學(xué)家對它們著迷。這些死亡星系的恒星年齡表明，它們肯定在宇宙中形成得更早，但哈勃從未能夠發(fā)現(xiàn)它們更早的生命階段。
早期死亡的星系是真正奇異的生物，聚集了和銀河系一樣多的恒星，但是體積卻小了30倍。想象一個(gè)成年人，體重100公斤，但身高6厘米。我們的小紅點(diǎn)也同樣奇怪。它們看起來像是同一個(gè)星系的嬰兒版本，同樣重100公斤，高6厘米。
太多明星，太早

天空中的六個(gè)星系及其周圍環(huán)境。Credit: NASA / ESA / CSA / I. Labbe, Author provided
然而，有一個(gè)問題。這些小紅點(diǎn)有太多的恒星，太早了。恒星是由氫氣形成的，基本的宇宙學(xué)(“大爆炸”)理論很難預(yù)測有多少氣體可以形成恒星。
為了如此快速地產(chǎn)生這些星系，你幾乎需要宇宙中所有的氣體以接近100%的效率轉(zhuǎn)化為恒星。這非常困難，這是不可能的科學(xué)術(shù)語。這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)改變我們對宇宙中最早的星系是如何形成的理解。
這意味著有不同的渠道，一條快速通道，非常迅速、非常有效地產(chǎn)生巨大星系。頂層1%的快速通道。
在某種程度上，這些候選人都可以被認(rèn)為是“黑天鵝”。即使只有一個(gè)的證實(shí)也將排除我們目前的“所有的天鵝都是白色的”星系形成模型，在這個(gè)模型中，所有早期的星系都緩慢而逐漸地增長。
檢查指紋
解開這個(gè)謎的第一步是用光譜學(xué)來確定距離，我們通過棱鏡將這些星系的光分成彩虹般的指紋。這將告訴我們0.1%精度的距離。
它還會(huì)告訴我們是什么產(chǎn)生了光，是恒星還是其他更奇特的東西。
一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，大約一個(gè)月前，JWST已經(jīng)瞄準(zhǔn)了六個(gè)候選大質(zhì)量星系中的一個(gè)，它原來是一個(gè)遙遠(yuǎn)的嬰兒類星體。類星體是當(dāng)氣體落入星系中心的超大質(zhì)量黑洞并開始明亮發(fā)光時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象。
一方面，這真的很令人興奮，因?yàn)樾窍抵谐筚|(zhì)量黑洞的起源也不為人所知，找到嬰兒類星體可能就是關(guān)鍵。另一方面，類星體可以使它們的整個(gè)宿主星系變得更加明亮，因此不可能說出有多少恒星以及星系是否真的有那么大。
這可能是所有人的答案嗎？到處都是嬰兒類星體？很可能不會(huì)，但還需要一年的時(shí)間來調(diào)查剩余的星系并找出答案。
一只黑天鵝死了，還有五只。

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