日期：
2023-03-21 22:20:45
来源：中国科普博览收集 编辑：猫又
“物理学不存在了，物理学就没有存在过……”《三体》电视剧的火爆，让这一细思恐极的台词深入人心。然而就在最近，詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）最新的观测结果却似乎在向研究人员们揭示：我们已知的（部分）宇宙学可能真的要不存在了。 JWST观测到一批早期大质量星系
詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）是一架由美国航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）和加拿大空间局（CSA）共同合作开发的空间望远镜。自2021年12月发射以来，JWST已经取得了一系列有趣的观测结果。
JWST发现的六个超高红移大质量星系及其周围天区。 / NASA / ESA / CSA 得益于JWST在红外波段极为优越的灵敏度，这台空间望远镜能够看到宇宙最早期（超高红移） 的星系，这是以往的哈勃空间望远镜所不可企及的。 正是在这些超高红移的星系之中，研究人员发现了6个异常的个体 ——它们诞生于大爆炸后7亿年左右（红移9左右），几乎是宇宙中诞生的第一批恒星和星系， 但是这些星系却具有相当高的恒星数量， 其中一个甚至具有同银河系相当的恒星数量，以及不到银河系三十分之一的体积尺寸。 如果将银河系想象成一个身高一米八，体重一百公斤的正常人类，这些诞生在宇宙早期的星系个体则具有“成人”的体重以及6厘米的诡异身高。这一结果被发表在2月底的《自然》（Nature）杂志上。 JWST发现的六个超高红移大质量星系。 / NASA / ESA / CSA 大爆炸，暗物质结构以及星系形成
在现有的宇宙学模型 中，宇宙的诞生可以追溯到大约138亿年前的一次大爆炸 。在大爆炸之后的极短时间内，宇宙经历了一次暴胀（Inflation） ，这使得宇宙在短时间内急剧膨胀，物质在量子层面的密度扰动被放大形成了局部的引力差，宇宙中的结构形成由此埋下了种子。 宇宙随着膨胀逐渐冷却下来， 温度的降低使得质量较大的冷暗物质率先退耦，在引力的作用下形成一个个暗物质晕 。大爆炸之后约38万年，重子物质 也从光子的束缚中解离出来，原子核开始和电子重新结合，形成了稳定的原子。这时，宇宙中的物质和辐射分离开来，宇宙也变得透明，开始以可见光的形式释放出辐射，称为宇宙微波背景辐射。 在暗物质晕的引力作用下，重子物质（包括氢、氦等原子）开始落入其中，并在晕中聚集形成了星系。重子物质在落入暗物质晕的过程中 ，会受到复杂的动力学作用，如潮汐力、惯性力和辐射压力等，这些作用会使重子物质在暗物质晕中发生塌缩和涡旋运动，从而形成了星系的原始结构。 而在星系内部，重子物质继续凝聚形成了恒星。以往对于宇宙演化的数值模拟过程很好的再现了这一演变过程。 大质量星系：早期星系的合并演化
而问题就在于，数值模拟告诉我们，宇宙中的大质量星系——比如银河系或者仙女座大星系——这样具有非常高恒星数量和暗物质晕质量的星系，大多是由质量较小的星系通过合并诞生， 而银河系的观测结果也显示了历史上的数次合并事件留下的遗迹。 而现有的大部分理论模型，也更倾向于支持宇宙最早期形成的星系大多都是小质量星系。 由于早期宇宙中的暗物质晕大多质量较小，构成的引力势阱响应较弱，对于重子物质的吸引能力也较弱；同时重子物质大多为氢、氦等轻元素，缺乏足够的重元素来促进气体的冷却和凝聚，因此形成的最早的星系应该大多是小质量。在宇宙演化历史的后期，大量的星系通过合并，才形成更加庞大的星系。 然而此次JWST的观测结果，毫无疑问对于这些星系演化模型是一记重锤。 这些诞生在宇宙早期的“小矮胖子”星系，究竟为何会具有如此之高的质量，是一件非常令人费解的事情。要知道宇宙在物质开始形成星系之后，只有区区几亿年（现有宇宙寿命的5%）的时间来培养这些大恒星质量的星系，这意味着星系中的气体要以极快的速度和极高的效率来生成恒星。这意味着，星系中的恒星形成过程 或许存在一条未知的“快速通道” 。 观测错误或是全新理论？
如果这些星系的确存在超出理论模型的恒星质量和演化速度， 那将毫无疑问意味着新的宇宙学理论的诞生。 然而科学研究是一个漫长的排查错误的过程。在接下来的一段时间中，包括JWST在内的众多望远镜将聚焦于这几个超大质量早期星系候选者。 实际上，JWST在近期的数据中已经发现其中一个候选者其实是一颗幼年的类星体。 这是一种神奇的天体，其中心一般存在一个超大质量黑洞，而当星系中的物质逐渐落入黑洞时，就会发出十分明亮的光。由于类星体的亮度甚至可以超过所在整个星系的其他部分发光能力，因此将很难确切知道那里究竟有多少恒星，这也意味着这个候选者或许已经失去了早期大质量星系的候选资格。 其余几名候选者会是类星体或者其他原因造成的大质量星系假象 吗？亦或者真的存在可以摧毁现有宇宙学理论的早期超大质量星系？或许我们可以拭目以待。
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