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(guó)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(shuō)。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(jí)望遠(yuǎn)鏡發(fā)布首批圖像僅僅一周。25年的巨大解制作過(guò)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(lèi)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(jí)的語(yǔ)言來(lái)說(shuō)話(huà)，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(wàn)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(cè)到來(lái)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(duì)大爆炸后第一個(gè)星系如何形成的理解。經(jīng)過(guò)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(lèi)型的星系。古老的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)錯(cuò)過(guò)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(shí)了。我們相遇時(shí)，她是加州文理學(xué)院的一年級(jí)學(xué)生，而我是一名剛從大學(xué)畢業(yè)的博士，剛剛開(kāi)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?cè)俅蜗嘤觯F(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(chēng)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?lái)都像飛碟。在彩色圖像中，它們看起來(lái)非常紅，因?yàn)樗械墓舛紒?lái)自紅外線(xiàn)，而星系在人類(lèi)可以看到的波長(zhǎng)下是不可見(jiàn)的。
紅外線(xiàn)是JWST的超能力，讓它能夠偵察最遙遠(yuǎn)的星系。來(lái)自大爆炸后形成的第一批恒星和星系的紫外線(xiàn)和可見(jiàn)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(lái)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(zhǎng)期的謎團(tuán)。當(dāng)我們?cè)谔罩羞h(yuǎn)眺，回到過(guò)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(chēng)之為死亡星系，一些天文學(xué)家對(duì)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(lái)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?chē)h(huán)境。Credit: NASA / ESA / CSA / I. Labbe, Author provided
然而，有一個(gè)問(wèn)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(cè)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(yǔ)。這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)改變我們對(duì)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(zhǎng)。
檢查指紋
解開(kāi)這個(gè)謎的第一步是用光譜學(xué)來(lái)確定距離，我們通過(guò)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(lái)是一個(gè)遙遠(yuǎn)的嬰兒類(lèi)星體。類(lèi)星體是當(dāng)氣體落入星系中心的超大質(zhì)量黑洞并開(kāi)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(lèi)星體可能就是關(guān)鍵。另一方面，類(lèi)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(shuō)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(lèi)星體？很可能不會(huì)，但還需要一年的時(shí)間來(lái)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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