韋布發(fā)現(xiàn)神秘天體，向星系形成理論發(fā)起挑戰(zhàn)。

韋布太空望遠(yuǎn)鏡近紅外相機(jī)和“宇宙演化早期科學(xué)巡天計(jì)劃（ Cosmic Evolution Early Release Science）”所觀測的一小部分天空區(qū)域。畫面中充滿了星系。部分星系已經(jīng)在相當(dāng)短的時間內(nèi)變得極其龐大，以至于基于現(xiàn)有理論進(jìn)行的模擬結(jié)果中根本沒有它們。針對其中部分天體的研究結(jié)果顯示，星系開始演化的時期可能要比人們之前認(rèn)為的早。

NASA / ESA / CSA / S. Finkelstein (University of Texas)

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，我們對宇宙的了解越深入，宇宙好像就越神秘。尤其是在韋布對早期宇宙的觀測中，有越來越多的不解之謎持續(xù)涌現(xiàn)，挑戰(zhàn)著人類已有的認(rèn)知。

近日，密蘇里大學(xué)的天文學(xué)家在韋布太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的紅外深空圖中，發(fā)現(xiàn)了至少300個理論無法解釋的神秘亮點(diǎn)。這300個亮點(diǎn)的亮度都異常偏高。若用現(xiàn)有理論強(qiáng)行解釋，那么它們內(nèi)部一定存在著形成時間遠(yuǎn)早于理論預(yù)期的恒星；而假如不是，那么那里一定發(fā)生了某種我們無法理解的事件。但無論怎樣，它們都會影響我們對早期宇宙事件的認(rèn)識。

探索宇宙間最年輕的天體所在面臨的一大挑戰(zhàn)，是天文學(xué)家無法用望遠(yuǎn)鏡獲取這些天體的足夠多的數(shù)據(jù)，原因就是它們距離極端遙遠(yuǎn)，影像極端昏暗?，F(xiàn)在通行的做法是，針對同一天體，進(jìn)行多波段觀測，然后將所有數(shù)據(jù)匯總在一起進(jìn)行研究。

這一次，研究人員使用了一種被稱為“剔除（dropout）”的技術(shù)，來研究這300多個神秘亮點(diǎn)。而這種技術(shù)同樣依賴對同一目標(biāo)進(jìn)行多個波段的觀測。

如果它們是高紅移的星系，亦即極端遙遠(yuǎn)的星系，它們作為星系的光譜特征會轉(zhuǎn)移到偏向紅色的波段上，并在藍(lán)色的波段上消失。這種現(xiàn)象可以通過觀測“萊曼斷裂（Lyman Break）”——一種因紫外線被中性氫吸收而產(chǎn)生的光譜特征——如何隨著紅移的增加而向紅色波長端偏移加以確認(rèn)。

這一技術(shù)的基本原理，是來自極端遙遠(yuǎn)天體的光需要跨越浩瀚的空間進(jìn)行傳播才能被我們觀測到。理論上，極早期宇宙中的星系會產(chǎn)生大量的紫外線，也就是說它們都是巨大的產(chǎn)星區(qū)，而年輕的恒星在紫外波段上都顯得尤其明亮；當(dāng)然也有另外一種可能，即它們中心擁有極活躍的黑洞。但是無論如何，光線穿越宇宙時，波長會被持續(xù)膨脹的空間拉伸。當(dāng)這些光到達(dá)地球后，它們的影像就會顯得既昏暗又發(fā)紅——因?yàn)樵静ㄩL較短的紫外線已經(jīng)轉(zhuǎn)化成了波長較長的紅外線。對那些擁有“萊曼斷裂”光譜特征的星系而言，光譜特征如果在藍(lán)光波段上消失，并轉(zhuǎn)移到紅光波段上，就意味著它們距離我們相當(dāng)遙遠(yuǎn)。

在理想狀態(tài)下，人們可以通過將光線中不同波長的光進(jìn)行分解，對紅移特征出現(xiàn)的位置進(jìn)行識別。而為了更加深入地研究，研究人員還可以進(jìn)行所謂“光譜能量分布擬合（spectral energy distribution fitting）”，將天體釋放的能量，與光的頻率或波長進(jìn)行對比，估算紅移值。這種方法在測量遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的紅外線時特別有用，因?yàn)樗兄趯阈切纬蓞^(qū)，或年輕熾熱恒星開始加熱周圍環(huán)境的區(qū)域進(jìn)行識別。

通過這樣的分析，研究人員能夠確認(rèn)這些天體的年齡，以及它們所含恒星的質(zhì)量。

研究人員稱，縱使只有少數(shù)這樣的天體被證實(shí)存在，也足以迫使我們對現(xiàn)有的星系形成理論作出修改。如果它們確實(shí)是存在于早期宇宙中的產(chǎn)星星系，那么就會在很大程度上改變學(xué)界對宇宙演化史上最早恒星和最早星系的形成時間及形成方式的估計(jì)。

當(dāng)前人們普遍認(rèn)為，第一代星系是在宇宙大爆炸后2億至6億年間成形的，最初的星系結(jié)構(gòu)在暗物質(zhì)推動下融合。但這一過程發(fā)生的確切時間，以及其中的細(xì)節(jié)尚不清楚，因此只有一個不確定的時間范圍。

如果此次研究人員在韋布照片中發(fā)現(xiàn)的這些早期天體確實(shí)存在于那個時期，或者是在更早的時候開始形成的，那么科學(xué)家就能夠縮小2億至6億年這個星系形成起始時間的范圍，并對最早星系中存在熾熱產(chǎn)星區(qū)的證據(jù)進(jìn)行確認(rèn)。

研究人員稱，在他們研究的這300個亮點(diǎn)中，至少有1個已通過光譜分析，被初步確認(rèn)為是這樣的極早期星系。

在超深空紅外巡天影像中顯得相當(dāng)明亮的早期天體。影像結(jié)合了來自哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和韋布太空望遠(yuǎn)鏡的多波段數(shù)據(jù)。韋布對早期宇宙遙遠(yuǎn)昏暗天體發(fā)出的紅外光尤其敏感。

JWST

參考 Early Galaxies — or Something Else? Scientists Uncover Mysterious Objects in the Universe https://showme.missouri.edu/2025/early-galaxies-or-something-else-mizzou-scientists-uncover-mysterious-objects-in-the-universe