新發(fā)現(xiàn)6個(gè)“候選”星系！現(xiàn)有宇宙理論或受挑戰(zhàn)

王鑫方

英國(guó)知名學(xué)術(shù)期刊《自然》2023年2月22日刊載的論文說，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)6個(gè)“候選”星系。它們?cè)谟钪娲蟊ê蟛痪贸霈F(xiàn)，形成速度之快難以用現(xiàn)有天文學(xué)理論解釋。

研究人員眼下等待進(jìn)一步確認(rèn)這些天體的“身份”，認(rèn)為其中一些很可能是大質(zhì)量星系。一旦確認(rèn)，它們的存在將改變科學(xué)界對(duì)早期宇宙的認(rèn)識(shí)，宇宙學(xué)一些基本規(guī)則或需修改。

“高不足7厘米、重70公斤的嬰兒”

觀測(cè)數(shù)據(jù)來自韋布望遠(yuǎn)鏡發(fā)布的第一批數(shù)據(jù)集。由澳大利亞、美國(guó)、丹麥和西班牙研究人員組成的專門小組分析數(shù)據(jù)時(shí)，在北斗七星附近一片不引人注意的區(qū)域發(fā)現(xiàn)一些“模糊的點(diǎn)”，亮度異常且紅得不尋常。

在天文學(xué)中，紅色代表“年長(zhǎng)”。隨著宇宙持續(xù)膨脹，早期發(fā)光天體發(fā)出的紫外線和可見光朝光譜的紅端移動(dòng)，最終以紅外線的形式抵達(dá)近地空間，這種現(xiàn)象稱為“紅移”。韋布望遠(yuǎn)鏡作為哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的“繼任者”，觀測(cè)波長(zhǎng)主要處于紅外波段，有助于科學(xué)家“以更近距離看到萬物起源”。相比之下，哈勃望遠(yuǎn)鏡主要在可見光和紫外波段觀測(cè)。

研究人員分析后認(rèn)為，他們發(fā)現(xiàn)的6個(gè)紅點(diǎn)可能是星系，大約形成于宇宙大爆炸后5億至7億年，當(dāng)時(shí)宇宙年齡相當(dāng)于現(xiàn)在的3%左右。據(jù)法新社報(bào)道，其中兩個(gè)星系在哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖像中出現(xiàn)過，但特別模糊，以致當(dāng)時(shí)沒有被注意到。

研究人員依據(jù)數(shù)據(jù)推算，這些“候選”星系內(nèi)部的恒星總質(zhì)量相當(dāng)于100億至1000億個(gè)太陽(yáng)。其中一個(gè)星系的質(zhì)量似乎與銀河系相當(dāng)，但密度是銀河系的30倍，看上去與目前宇宙中的星系有根本性不同。

路透社援引論文第一作者、澳大利亞斯威本科技大學(xué)天體物理學(xué)家伊沃·拉貝的話報(bào)道：“如果銀河系是一個(gè)體型正常的成年人，高1.75米，重70公斤，那么這些星系就像是1歲的嬰兒，體重（與成年人）差不多，身高不足7厘米。早期宇宙充滿了怪誕?！?/p>

依據(jù)研究人員的說法，這些天體形成于宇宙早期，依據(jù)現(xiàn)有天文學(xué)理論推測(cè)，當(dāng)時(shí)“只能存在一些微小的、年輕的‘嬰兒星系”，沒想到那么早就存在與銀河系一樣成熟的星系。要知道，銀河系達(dá)到如今的規(guī)模用了超過130億年。

另外，這些“候選”星系的質(zhì)量比宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型推測(cè)的大得多，最多相差100倍。如果把它們內(nèi)部的恒星加起來，“將超過當(dāng)時(shí)宇宙中存在物質(zhì)的總質(zhì)量”。

與當(dāng)前宇宙學(xué)模型相悖

拉貝說，年輕的星系要在7億年內(nèi)“長(zhǎng)”到銀河系的規(guī)模，其成長(zhǎng)速度必須是銀河系的20倍左右。在宇宙大爆炸后這么快就存在如此大質(zhì)量的星系，這與當(dāng)前宇宙學(xué)模型相悖，而這一模型代表了科學(xué)界對(duì)宇宙運(yùn)行方式的最佳理解。對(duì)于這種矛盾，一種可能的解釋是，星系的形成還有人類目前未知的方式，“似乎有一個(gè)通道是快車道，而快車道創(chuàng)造出了怪物”。

依據(jù)當(dāng)前主流宇宙學(xué)理論，宇宙起源于138億年前的一次大爆炸，在大爆炸后38萬年到大約1.5億年間，經(jīng)歷了沒有任何發(fā)光天體的“黑暗時(shí)代”。在“黑暗時(shí)代”末期，宇宙大尺度結(jié)構(gòu)在暗物質(zhì)引力作用下顯現(xiàn)，誕生了第一代恒星和星系。

暗物質(zhì)是理論上可能存在的一種不可見物質(zhì)?？茖W(xué)家在天文觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)很多疑似違反牛頓萬有引力定律的現(xiàn)象，但可以在假設(shè)暗物質(zhì)存在的前提下得到很好的解釋。根據(jù)科學(xué)家推算，在宇宙物質(zhì)總質(zhì)量中，普通物質(zhì)約占15%，其余85%是暗物質(zhì)。

英國(guó)諾丁漢大學(xué)天體物理學(xué)家?，敗げ槠章嬖V英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》，如果大爆炸后不久就能形成如此巨大的星系，表明“黑暗時(shí)代可能沒有那么黑，或許宇宙中大量恒星形成的時(shí)間遠(yuǎn)比我們認(rèn)為的早”。

據(jù)英國(guó)《科學(xué)通訊》季刊網(wǎng)站報(bào)道，英國(guó)赫特福德郡大學(xué)天文學(xué)家?，敗た碌偎?萊克給出了另一種解釋：部分新發(fā)現(xiàn)的星系的核心存在超大質(zhì)量黑洞，看起來像星光的東西可能是黑洞吞噬的氣體和塵埃發(fā)出的光。韋布望遠(yuǎn)鏡先前拍到過一個(gè)活躍的超大質(zhì)量“候選”黑洞，經(jīng)分析，其形成時(shí)間比上述“候選”星系更早。不過，科學(xué)家目前還難以解釋為何宇宙大爆炸后這么快就能形成超大質(zhì)量黑洞。

柯蒂斯-萊克說，為確認(rèn)新發(fā)現(xiàn)天體的“身份”，天文學(xué)家需要進(jìn)一步確認(rèn)它們的距離、質(zhì)量、光譜信息等。

（選自2023年2月27日《新華每日電訊》，本刊有刪改）