詹姆斯·韦伯发现了一个本不该存在的巨大星系
JWST MIRI CEERS2-588 观测。图片来源：uux.cn/arXiv（2026年）。DOI：10.48550/arxiv.2601.21833
（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：当天文学家首次发现CEERS2-588时，它看起来像是早期宇宙图像中深藏的一团微弱遥远的光芒。乍一看，它似乎是大爆炸后不久形成的又一个脆弱的新生星系。但有些地方不符合剧本。
这个星系在紫外线下发出强烈光芒，远比一个仅存在于大爆炸4亿年后的天体预期的亮度要亮得多。更令人费解的是，它属于星系被认为体积小、化学上原始、还在学习如何高效形成恒星的时代。CEERS2-588显得过于自信，尽管它的年龄远超。
因此，东京大学的天文学家们，由春金雄一带领，决定利用有史以来最强大的太空天文台之一进行近距离观测。他们将詹姆斯·韦伯太空望远镜转向这顽强的光芒，决心揭开它到底是什么样的星系。
他们的发现改变了人们对早期宇宙星系成长速度的预期。
回顾一切的起点
CEERS2-588最早于2022年通过宇宙进化早期释放科学项目（CEERS）被发现。它被归类为莱曼断裂星系，这是一种通过其在某些紫外波段的光线骤减来识别的星系。该特征显示其红移为惊人的11.04，意味着它的光已经传播了超过130亿年才到达我们这里。
在那个距离，天文学家不仅仅是在看远。他们看到的是遥远的过去，那个宇宙本身还年轻而混乱的时代。
即便如此，CEERS2-588依然引人注目。它是已知在极端红移条件下紫外亮度最高的星系之一。它还显得异常宽广，有效半径约为1470光年，表明它并非一小团恒星，而是更为发达的结构。
然而，其许多最重要的属性，包括其真实质量，仍然不确定。为了解开这个谜团，团队使用了JWST的中红外仪器（MIRI），它可以探测到老恒星和尘埃发出的光，揭示星系中真正包含多少物质。
一个迅速增重的星系
MIRI的观测结果震惊了我。
CEERS2-588的质量约为12.6亿太阳质量。对于红移大于10.0的星系来说，这非常巨大。更引人注目的是，没有活动星系核的证据，这意味着星系的亮度不能用超大质量黑洞吞噬中心物质来解释。
这使得CEERS2-588成为如此早期宇宙时期中，已知最有质量的星系，且没有活跃的星系核为其辉光提供能量。
星系不仅仅是沉重。它以每年8.2个太阳质量的速度积极形成恒星。在早期宇宙中，这种恒星生成非常激烈，尤其是对于一个已经携带如此巨大质量的系统来说。
综合来看，这些数字描绘出一个快速高效地自我组装的星系，打破了早期星系缓慢且谨慎增长的传统观念。
那个本不该存在的化学线索
如果说质量令人惊讶，那么星系的化学反应则令人不安。
天文学家测量了CEERS2-588的气相金属丰度，发现其接近太阳水平，意味着其气体中含有的化学元素含量与我们太阳中的元素水平相近。在天文学中，“金属”包括所有比氢和氦更重的元素，它们在恒星内部锻造，并随时间在星系中扩散。
理论上，红移超过10.0的星系不应有足够时间大量产生和回收这些元素。然而，CEERS2-588似乎已经得到了丰富。
此前尚未报告过如此庞大且富含金属的系统，现有理论模型也未预测其存在。这个星系不仅仅是早期。它的化学成熟远远领先预期。
仿佛宇宙给了CEERS2-588一条捷径，让它能够飞速通过其他星系需要更长时间才能完成的进化阶段。
这是一段断断续续写成的人生故事，而非一条连贯的线条
为了理解这个星系为何如此迅速变得如此巨大且富含金属，团队利用光谱能量分布拟合法重建了它的过去，这是一种分析星系在不同波长范围内如何发射光的技术。
结果揭示了一段戏剧性的历史。
CEERS2-588的恒星形成似乎始于大爆炸后1亿至3亿年，意味着它在极早的时间开始造星。但星系的恒星形成历史并没有以稳定的速度稳定形成，而是展现了剧烈的变化。
在过去一千万年里，其恒星形成速率突然下降，这一行为与其他在类似红移条件下观测到的星系形成对比。这一模式表明CEERS2-588的生长并不平稳。它以爆发的形式生长，活动频繁，随后迅速安静。
这些爆发会产生大量巨大的短暂恒星，用紫外线光淹没整个星系，解释了其非凡的亮度。
当效率改变早期宇宙的规则时
研究人员得出结论，CEERS2-588符合早期星系经历高度爆发性恒星形成的情景，这种现象由恒星形成效率高驱动。在这种观点下，早期宇宙中的星系能够比之前假设的更有效地将气体转化为恒星，至少在短时间内如此。
这种效率会迅速增加星系质量，并在极年轻的宇宙中富集其气体中重元素。这也解释了为什么CEERS2-588尽管年代久远，在紫外线下依然如此明亮。
CEERS2-588并非一个奇怪的例外，而是可能代表了一类早期星系，它们生长迅速，燃烧得非常明亮，然后比模型预测更快地停止恒星形成。
正如研究人员指出的，高效的星爆似乎在早期宇宙中形成明亮星系中起着关键作用。
为什么这个星系改变了我们对宇宙起源的看法
CEERS2-588之所以重要，是因为它挑战了天文学家用来理解宇宙演化时依赖的时间线。
这一发现表明，巨型星系可以在宇宙历史的最初几亿年内形成，且它们的恒星形成可能比理论模型所暗示的更高效、更快速地消灭。这迫使科学家重新思考物质组装的速度、恒星丰富环境的速度以及早期宇宙可能存在的混沌程度。
这一个单一星系表明早期宇宙比预期更早产生复杂性。这暗示第一代星系并非总是试探性的建造者，有时是积极的建筑师，在宇宙条件变化前迅速塑造自身。
通过揭示CEERS2-588的真正面貌，詹姆斯·韦伯太空望远镜不仅研究了一个遥远的天体。它还为早期宇宙打开了一扇窗，这个版本比以往想象的更快、更丰富、更具动态性。
研究详情
Yuichi Harikane 等，《z=11 的紫外光星系，星形成活动异常微弱》，arXiv（2026）。DOI：10.48550/arxiv.2601.21833
