早期宇宙的成长速度远超科学家们的想象
最近发现的18个尘埃星系（红色标示）形成于近130亿年前。图片来源：uux.cn马萨诸塞大学阿默斯特分校
（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：宇宙历史上有一个时刻，几乎让人觉得遥不可及。就在大爆炸后仅十亿年，宇宙还处于初期阶段时，一些非凡的事情已经开始展开。星星正在形成。星系正在组装。而在厚厚的尘埃掩盖下，整个世界都在燃烧着活力。
如今，由马萨诸塞大学阿默斯特分校研究人员带领的来自14个国家的48名天文学家团队，发现了这些位于可观测宇宙最边缘的古老尘埃恒星形成星系的惊人群体。他们的发现发表在《天体物理学杂志快报》上，不仅仅是众多天文发现中的又一个数据点。这可能迫使科学家重新思考宇宙本身的成长过程。
这些星系存在于近130亿年前，紧接着大爆炸，而大爆炸被认为是发生在137亿年前。它们似乎代表了星系演化宏大叙事中缺失的一章——一个连接最早、最明亮星系与神秘“早逝”星系的过渡阶段。
要理解这为何重要，我们必须从尘埃开始。
隐藏在黑暗中的星系
几十年来，天文学家一直知道有一群罕见的星系被宇宙尘埃包裹，以至于它们几乎被传统望远镜看不见。这些星系质量巨大且极为活跃，形成恒星的速度惊人。但正是让它们闪耀的过程，也让它们被掩盖在无名之中。
尘埃吸收紫外线和可见光，有效地将这些星系隐藏起来，无法被依赖这些波长的仪器发现。对传统望远镜来说，它们只是渐渐消失在黑暗中。
马萨诸塞大学阿默斯特分校天文学助理教授、该研究的主要作者豪尔赫·萨瓦拉多年来一直在追寻这些难以捉摸的天体。他解释说，这些尘埃星系直到1990年代末才被发现，即便如此，研究起来依然令人沮丧。包裹它们的尘埃就像一层宇宙帷幕。
但尘埃不仅仅是掩盖。它会转化。
当尘埃吸收紫外线和可见光时，它会升温。这些热量随后以更长波长的红外辐射形式重新释放。这种微妙的转变——从可见光到更长波长——为宇宙打开了一扇新的窗口。
古老宇宙的新视角
突破来自亚毫米望远镜的发展，这些仪器能够探测加热尘埃的长波长光辉。天文学家突然得以窥探曾经看似空旷的太空区域。
利用位于智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA），萨瓦拉和他的合作者识别出约400个明亮、尘埃多的星系。这些是明亮、强大、发出亚毫米波段光芒的系统。
但球队想要更深入。他们想找到这隐藏群体中最微弱的成员——潜伏在可观测宇宙边界的星系。
为此，他们借助了天文学最新且最强大的工具之一：詹姆斯·韦伯太空望远镜。凭借先进的近红外观测技术，这台望远镜使研究人员能够探测到大约70个微弱的尘埃星系候选星系，其中大多数此前从未被发现。
即便如此，确认也需要耐心和智慧。团队返回ALMA数据，采用了一种称为“叠加”的技术，将多项观测结合以增强微弱信号。结果很明显。这些星系是真实存在的，而且非常古老。
它们形成于近130亿年前。
星系生活的快照
这一发现在技术上令人印象深刻，但其真正重要性在于揭示了宇宙时间线。
尘埃星系不是小而原始的系统。它们是富含金属和宇宙尘埃的巨大星系。金属，从天文学角度来说，是恒星心脏中锻造的元素。它们的存在意味着必须经过多代恒星的生存和死亡才能形成它们。
换句话说，重要的恒星形成已经发生——远早于许多现有模型的预测。
更令人好奇的是，这些新发现的星系如何融入更广泛的宇宙谜题中。近年来，使用詹姆斯·韦伯太空望远镜的天文学家发现了超遥远、超明亮的恒星形成星系，这些星系在大爆炸后不久——大约133亿年前出现。这些星系年轻且极为明亮，星系中充满了恒星诞生。
在另一端，是早期的“静止”星系，这些大质量系统在大爆炸后大约二十亿年后就停止了恒星的形成。这些星系有时被称为“死亡”，它们的恒星工厂关闭。
萨瓦拉和他的团队可能发现了缺失的中间位置。
他形容这几乎像翻阅宇宙相册。超亮星系是充满活力的孩子，新形成，星际形成炽热。静寂星系是长者，安静安定，活跃岁月已过。这些尘埃星系，在时间边缘新确认，似乎是年轻成年星系——成熟到质量巨大且富含金属，但仍活跃形成恒星。
天文学家们可能首次看到了稀有星系族群生命周期的连续快照。
挑战宇宙剧本
如果这种解释成立，将带来深远的影响。
当前的宇宙进化模型试图解释物质如何在数十亿年间组装成恒星和星系。它们预测恒星形成何时加速，星系生长速度，以及大质量系统何时出现。
但这些尘埃星系似乎成熟得太快了。
它们很古老——从我们的视角看近130亿年——但却已经庞大，已经富含金属，已经满是尘埃。它们的存在表明恒星形成比此前认为的更早，发生在宇宙演化的早期阶段。
这意味着我们的理论框架中缺少了某些东西。
也许驱动恒星形成的过程在早期宇宙中比模型所预料的更高效。也许星系的组装速度更快。也许宇宙增长的时间线需要修正。
研究人员保持谨慎。还需要更多研究来确认这些星系是否真的代表单一进化序列中的过渡阶段。天文学是一个建立在严谨验证基础上的领域，非凡的主张需要非凡的证据。
不过，这些线索正在以一种难以忽视的方式排列在一起。
为什么这改变了我们对宇宙的故事
乍一看，尘埃星系似乎是一个小众话题，深埋于技术期刊和遥远天文台中。但它们的重要性远不止于此。
宇宙的每一个模型都讲述着我们如何诞生的故事。我们体内的原子是在古代恒星中锻造的。使行星成为可能的重元素，早在很久以前的恒星熔炉中就已经形成了。理解那些最初几代恒星何时以及如何形成，实际上就是理解我们自身的起源。
如果恒星的形成比我们想象的更早开始并进展得更快，那么宇宙的时间线就会发生变化。早期宇宙会变得比我们的模型所显示的更具活力和生产力。大爆炸后的最初十亿年不仅是物质缓慢聚集，更是剧烈快速的转变时期。
这一发现为该故事增添了关键一章。
通过揭示一群尘埃覆盖、质量巨大、富含金属的星系，这些星系在大爆炸后仅十亿年形成，扎瓦拉和他的同事们照亮了一个隐藏的宇宙青春期。他们证明了宇宙可能比我们想象的增长得更快。
在这样做的过程中，它们提醒我们科学的一个根本性。宇宙没有义务遵循我们的预期。每一个新的望远镜、每一种新技术，都会剥开未知的另一层。有时我们发现的东西恰好契合。有时则需要我们重写剧本。
在时间的边缘，在古老尘埃的微光中，宇宙低语着它的故事比我们想象的更复杂——也更令人惊叹。
研究详情
Jorge A. Zavala 等，《ALMA 和 JWST 识别z ∼ 8 以下微弱尘埃形成星系及其与其他星系群的联系》，《天体物理学杂志快报》（2026）。DOI：10.3847/2041-8213/ae382a
