新发现的六个大质量星系颠覆科学家先前对宇宙中星系起源的理解

六个大质量星系诞生于大爆炸后5-8亿年。其中一个来源(左下角)包含的恒星可能和我们今天的银河系一样多，但密度却是它的30倍。Credit: NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Swinburne University of Technology). Image processing: G. Brammer (Niels Bohr Institute’s Cosmic Dawn Center at the University of Copenhagen)

（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（by Pennsylvania State University）：在早期宇宙中发现的六个大质量星系颠覆了科学家先前对宇宙中星系起源的理解。

宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学助理教授乔尔·莱贾对这些星系发出的光进行了建模，他说:“这些物体比任何人预期的都要大得多。”。“我们预计在这个时间点上只能找到微小、年轻、幼小的星系，但我们已经在先前被认为是宇宙的黎明中发现了与我们自己一样成熟的星系。”

利用美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜发布的第一个数据集，国际科学家小组发现了与银河系一样成熟的物体，当时宇宙只有当前年龄的3%，大约在大爆炸后5亿至7亿年。该望远镜配备了红外传感仪器，能够探测到最古老的恒星和星系发出的光。Leja解释说，从本质上讲，这台望远镜让科学家们能够看到大约135亿年前的时光，接近我们所知的宇宙的开端。

“这是我们迄今为止第一次一瞥，所以重要的是我们要对我们所看到的保持开放的心态，”Leja说。“虽然数据表明它们可能是星系，但我认为其中一些物体很有可能是被掩盖的超大质量黑洞。不管怎样，我们发现的质量意味着在我们宇宙的这个时期，已知的恒星质量比我们以前认为的要大100倍。即使我们将样本减半，这仍然是一个令人震惊的变化。”

在今天(2月22日)发表在《自然》杂志上的一篇论文中，研究人员展示了这六个星系比任何人预期的都要大得多的证据，并对科学家先前关于宇宙最开始时星系形成的理解提出了质疑。

“大规模星系形成在宇宙历史的极早期就开始了，这一发现颠覆了我们许多人认为已经确定的科学，”Leja说。“我们一直非正式地称这些物体为‘宇宙断路器’——到目前为止，它们一直名副其实。”

Leja解释说，该团队发现的星系如此巨大，以至于它们与99%的宇宙学模型存在矛盾。要解释如此大的质量，要么需要改变宇宙学模型，要么需要修正对早期宇宙中星系形成的科学理解——星系最初是由恒星和尘埃组成的小云，随着时间的推移逐渐变大。他补充说，这两种情况都要求我们对宇宙形成的理解发生根本转变。

“我们第一次观察早期宇宙，不知道我们会发现什么，”Leja说。“事实证明，我们发现了一些意想不到的东西，这实际上给科学带来了问题。它对早期星系形成的全貌提出了质疑。”

7月12日，美国宇航局发布了詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的第一批全色图像和光谱数据。作为太空中最大的红外望远镜，韦伯被设计用来观察宇宙的起源，它的高分辨率允许它观察对哈勃太空望远镜来说太老、太远或太暗的物体。

“当我们得到数据时，每个人都开始潜水，这些巨大的东西真的很快就冒出来了，”Leja说。“我们开始建模，试图弄清楚它们是什么，因为它们太大太亮了。我的第一个想法是，我们犯了一个错误，我们会找到它，继续我们的生活。尽管做了很多尝试，但我们还没有找到那个错误。”

Leja解释说，确认该团队的发现并减轻任何剩余担忧的一种方法是拍摄大质量星系的光谱图像。这将为团队提供真实距离的数据，以及构成星系的气体和其他元素。然后，该团队可以使用这些数据来建立一个更清晰的星系图像，以及它们的真实质量。

“光谱会立刻告诉我们这些东西是真是假，”Leja说。“这将向我们展示它们有多大，有多远。有趣的是，我们有所有这些我们希望从詹姆斯·韦伯身上学到的东西，而这远不是最重要的。我们发现了一些我们从未想过要问宇宙的事情——它发生的比我想象的要快得多，但我们还是来了。”

论文的其他合著者是宾夕法尼亚州立大学的伊莱贾·马修斯和王冰洁，史文朋理工大学的伊沃·拉伯，耶鲁大学的彼得·范·多库姆，科罗拉多大学的埃里卡·纳尔逊，匹兹堡大学的雷切尔·贝赞森，加利福尼亚大学和斯坦福大学的凯瑟琳·a·苏斯，哥本哈根大学的加布里埃尔·布拉默，马萨诸塞州大学和哥本哈根大学的凯瑟琳·惠特克，以及巴伦西亚大学的毛罗·斯特凡农。