詹姆斯韦伯太空望远镜拍摄的图像挑战宇宙演化理论

如果宇宙学的标准模型可信，詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 似乎发现了多个星系，这些星系在大爆炸后过早地变得过大。

在《自然天文学》杂志上发表的一项研究中，德克萨斯大学奥斯汀分校的天文学副教授 Mike Boylan-Kolchin 发现，迄今为止 JWST 观测到的最早和最大的候选星系中有六个与宇宙学的主流思想相矛盾. 这是因为其他研究人员估计，每个星系都是在大爆炸后 500 到 7 亿年之间观测到的，但其质量却是太阳的 100 亿倍以上。其中一个星系甚至看起来比银河系还要大，尽管我们自己的星系还有数十亿年的时间来形成和成长。

“如果群众是对的，那么我们就处于未知领域，”博伊兰-科尔钦说。“我们需要一些关于星系形成或宇宙学修改的非常新的东西。最极端的可能性之一是宇宙在大爆炸后不久膨胀得比我们预测的要快，这可能需要新的力和粒子。”

对于以如此大的速度形成如此之快的星系，它们还需要将近 100% 的可用气体转化为恒星。

“我们通常会看到最多 10% 的气体转化为恒星，”Boylan-Kolchin 说。“因此，虽然从技术上讲，将气体 100% 转化为恒星在理论上是可行的，但实际上这需要一些与我们预期截然不同的东西。”

尽管它唤起了所有令人窒息的兴奋，但 JWST 向天文学家提出了一个令人不安的困境。如果这些星系的质量和自大爆炸以来的时间得到确认，则可能需要对主导的宇宙学模型——所谓的暗能量 + 冷暗物质 (ΛCDM) 范式——自 1990 年代后期以来一直指导宇宙学的范式——进行根本性的改变. 如果有其他比 ΛCDM 允许的更快的方法来形成星系，或者如果在早期宇宙中实际上有更多的物质可用于形成恒星和星系，而不是以前所了解的，那么天文学家将需要改变他们的主流思维。

这六个星系的时间和质量是初步估计，需要用光谱学进行后续确认——一种将光分成光谱并分析不同颜色亮度的方法。这样的分析可能表明，中央的超大质量黑洞可能会加热周围的气体，这可能会使星系变得更亮，因此它们看起来比实际质量更大。或者，也许这些星系实际出现的时间比最初估计的要晚得多，这是由于尘埃导致星系发出的光的颜色变红，给人一种距离更远光年的错觉，从而使时间更早。

星系数据来自宇宙演化早期发布科学调查(CEERS)，这是一项由 UT 奥斯汀天文学家 Steven Finkelstein 领导的多机构 JWST 计划。

另一个正在进行的 JWST 合作项目 COSMOS-Web 由 UT Austin 的 Caitlin Casey 共同领导，可能涉及光谱学，并进一步阐明研究结果，以帮助解决这一难题。COSMOS-Web 覆盖的区域大约是 CEERS 的 50 倍，预计将发现数千个星系。

“这将是早期发现最稀有、质量最大的星系的理想选择，这将告诉我们早期宇宙中最大的星系和黑洞是如何如此迅速地出现的，”Boylan-Kolchin 说。

澳大利亚斯威本科技大学领导的团队于 2 月在《自然》杂志上发表了对六个候选星系的质量和红移的初步发现和估计。