科学家们解开了关于宇宙最早星系的谜团 | 路透社

六个候选大型星系的图像，距离宇宙大爆炸后5.4亿至7.7亿年，根据NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测结果显示在这张未经日期确认的手稿图像中，其中一个（左下角）可能包含与我们现今的银河系一样多的恒星，但是它的大小是现今的银河系的30倍… 阅读更多

华盛顿，10月6日（路透社）- 自去年开始运行以来，詹姆斯·韦伯太空望远镜提供了对我们宇宙早期历史的惊人一瞥，发现了一系列星系，这些星系可以追溯到被称为宇宙黎明的谜一般的时期。

然而，在宇宙的初期存在看似庞大而成熟的星系，这违背了预期-太大且太早。这让科学家们在寻找解释的同时质疑宇宙学的基本原理，即宇宙的起源和发展的科学。一项新研究可能会解决这个谜团，而不会推翻教科书。

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，在宇宙大爆炸后的前几亿年内，这些星系中的恒星形成方式与如今在宇宙中的银河系等大型星系中的方式有所不同。

早期星系中的恒星形成是偶尔发生的大爆发，而不是稳定的速度。这一点很重要，因为科学家通常利用星系的亮度来判断其大小 - 即其数以百万计或十亿计的恒星的集体质量。

因此，根据这项研究，这些星系可能相对较小，正如预期的那样，但由于恒星形成的辉煌爆发，它们可能会像真正巨大的星系一样发光 - 给人一种伟大质量的错误印象。

“天文学家可以确定测量这些早期星系有多明亮，因为光子（光的粒子）是直接可检测和可计数的，而要判断这些星系是否真的很大或很重是更困难的。它们看起来很大，因为它们被观察到很亮，”西北大学伊利诺伊分校的天文学博士后研究员、该研究的主要作者孙国超说，该研究本周发表在《天体物理学快报》上。

韦伯望远镜于2021年发射，并于2022年开始运行，它探测到比大多数理论模型预期的宇宙黎明时期的非常明亮的星系多约10倍。

“根据宇宙学的标准模型，在宇宙黎明时期不应该有太多非常巨大的星系，因为在宇宙大爆炸之后，星系需要时间来生长。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 - 一个火球 - 没有恒星或星系，”西北大学天体物理学家、该研究的高级作者Claude-André Faucher-Giguère说。

“在我们的新论文中，我们使用模拟量化地展示，恒星形成的爆发会产生闪光，可以解释韦伯望远镜观测到的非常明亮的星系。而这个意义重大的原因在于，我们在不需要打破标准宇宙模型的情况下解释了这些非常明亮的星系，” Faucher-Giguère 补充道。

该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。

研究的发现集中在一种称为“爆发式恒星形成”的现象上。

“与以几乎恒定的速率形成恒星相比，这些早期星系中的恒星形成活动是断断续续的，有时明亮，有时暗淡，随着时间的推移有很大的波动。这反过来会导致它们的亮度出现很大的变化，因为像詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）这样的望远镜所看到的光是由这些星系中形成的年轻恒星发出的，” Sun 说。

研究人员已经对为什么这种现象会在较小的星系中发生有了一些想法。在这些星系中，一批非常大的恒星可能会突然爆发形成，然后由于它们的巨大尺寸在短短几百万年后就会爆炸成超新星。它们将气体喷射到太空中，成为另一次恒星形成的原料。但在较大星系中，更强的引力效应会阻止这些爆发，而更倾向于稳定的恒星形成。

Sun 期待韦伯望远镜继续挑战我们对宇宙的理解，并提供新的见解，无论它是否符合科学预期。

“这正是科学的进行和进步方式，” Sun 说。