科學家們解開了關於宇宙最早星系的謎團 | 路透社

六個候選大型星系的圖像，距離宇宙大爆炸後5.4億至7.7億年，根據NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的觀測結果顯示在這張未經日期確認的手稿圖像中，其中一個（左下角）可能包含與我們現今的銀河系一樣多的恆星，但是它的大小是現今的銀河系的30倍… 閲讀更多

華盛頓，10月6日（路透社）- 自去年開始運行以來，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡提供了對我們宇宙早期歷史的驚人一瞥，發現了一系列星系，這些星系可以追溯到被稱為宇宙黎明的謎一般的時期。

然而，在宇宙的初期存在看似龐大而成熟的星系，這違背了預期-太大且太早。這讓科學家們在尋找解釋的同時質疑宇宙學的基本原理，即宇宙的起源和發展的科學。一項新研究可能會解決這個謎團，而不會推翻教科書。

研究人員使用複雜的計算機模擬來模擬最早的星系是如何演化的。這些模擬表明，在宇宙大爆炸後的前幾億年內，這些星系中的恆星形成方式與如今在宇宙中的銀河系等大型星系中的方式有所不同。

早期星系中的恆星形成是偶爾發生的大爆發，而不是穩定的速度。這一點很重要，因為科學家通常利用星系的亮度來判斷其大小 - 即其數以百萬計或十億計的恆星的集體質量。

因此，根據這項研究，這些星系可能相對較小，正如預期的那樣，但由於恆星形成的輝煌爆發，它們可能會像真正巨大的星系一樣發光 - 給人一種偉大質量的錯誤印象。

“天文學家可以確定測量這些早期星系有多明亮，因為光子（光的粒子）是直接可檢測和可計數的，而要判斷這些星系是否真的很大或很重是更困難的。它們看起來很大，因為它們被觀察到很亮，”西北大學伊利諾伊分校的天文學博士後研究員、該研究的主要作者孫國超説，該研究本週發表在《天體物理學快報》上。

韋伯望遠鏡於2021年發射，並於2022年開始運行，它探測到比大多數理論模型預期的宇宙黎明時期的非常明亮的星系多約10倍。

“根據宇宙學的標準模型，在宇宙黎明時期不應該有太多非常巨大的星系，因為在宇宙大爆炸之後，星系需要時間來生長。在宇宙大爆炸之後，宇宙充滿了非常熾熱、幾乎均勻的等離子體 - 一個火球 - 沒有恆星或星系，”西北大學天體物理學家、該研究的高級作者Claude-André Faucher-Giguère説。

“在我們的新論文中，我們使用模擬量化地展示，恆星形成的爆發會產生閃光，可以解釋韋伯望遠鏡觀測到的非常明亮的星系。而這個意義重大的原因在於，我們在不需要打破標準宇宙模型的情況下解釋了這些非常明亮的星系，” Faucher-Giguère 補充道。

該研究中的模擬是作為相對論環境反饋（FIRE）研究項目的一部分進行的。

研究的發現集中在一種稱為“爆發式恆星形成”的現象上。

“與以幾乎恆定的速率形成恆星相比，這些早期星系中的恆星形成活動是斷斷續續的，有時明亮，有時暗淡，隨着時間的推移有很大的波動。這反過來會導致它們的亮度出現很大的變化，因為像詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）這樣的望遠鏡所看到的光是由這些星系中形成的年輕恆星發出的，” Sun 説。

研究人員已經對為什麼這種現象會在較小的星系中發生有了一些想法。在這些星系中，一批非常大的恆星可能會突然爆發形成，然後由於它們的巨大尺寸在短短幾百萬年後就會爆炸成超新星。它們將氣體噴射到太空中，成為另一次恆星形成的原料。但在較大星系中，更強的引力效應會阻止這些爆發，而更傾向於穩定的恆星形成。

Sun 期待韋伯望遠鏡繼續挑戰我們對宇宙的理解，並提供新的見解，無論它是否符合科學預期。

“這正是科學的進行和進步方式，” Sun 説。