韋布發(fā)現(xiàn)神秘天體，向星系形成理論發(fā)起挑戰(zhàn)。

韋布太空望遠(yuǎn)鏡近紅外相機(jī)和“宇宙演化早期科學(xué)巡天計(jì)劃（ Cosmic Evolution Early Release Science）”所觀測(cè)的一小部分天空區(qū)域。畫面中充滿了星系。部分星系已經(jīng)在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)變得極其龐大，以至于基于現(xiàn)有理論進(jìn)行的模擬結(jié)果中根本沒(méi)有它們。針對(duì)其中部分天體的研究結(jié)果顯示，星系開(kāi)始演化的時(shí)期可能要比人們之前認(rèn)為的早。

NASA / ESA / CSA / S. Finkelstein (University of Texas)

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，我們對(duì)宇宙的了解越深入，宇宙好像就越神秘。尤其是在韋布對(duì)早期宇宙的觀測(cè)中，有越來(lái)越多的不解之謎持續(xù)涌現(xiàn)，挑戰(zhàn)著人類已有的認(rèn)知。

近日，密蘇里大學(xué)的天文學(xué)家在韋布太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的紅外深空?qǐng)D中，發(fā)現(xiàn)了至少300個(gè)理論無(wú)法解釋的神秘亮點(diǎn)。這300個(gè)亮點(diǎn)的亮度都異常偏高。若用現(xiàn)有理論強(qiáng)行解釋，那么它們內(nèi)部一定存在著形成時(shí)間遠(yuǎn)早于理論預(yù)期的恒星；而假如不是，那么那里一定發(fā)生了某種我們無(wú)法理解的事件。但無(wú)論怎樣，它們都會(huì)影響我們對(duì)早期宇宙事件的認(rèn)識(shí)。

探索宇宙間最年輕的天體所在面臨的一大挑戰(zhàn)，是天文學(xué)家無(wú)法用望遠(yuǎn)鏡獲取這些天體的足夠多的數(shù)據(jù)，原因就是它們距離極端遙遠(yuǎn)，影像極端昏暗。現(xiàn)在通行的做法是，針對(duì)同一天體，進(jìn)行多波段觀測(cè)，然后將所有數(shù)據(jù)匯總在一起進(jìn)行研究。

這一次，研究人員使用了一種被稱為“剔除（dropout）”的技術(shù)，來(lái)研究這300多個(gè)神秘亮點(diǎn)。而這種技術(shù)同樣依賴對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行多個(gè)波段的觀測(cè)。

如果它們是高紅移的星系，亦即極端遙遠(yuǎn)的星系，它們作為星系的光譜特征會(huì)轉(zhuǎn)移到偏向紅色的波段上，并在藍(lán)色的波段上消失。這種現(xiàn)象可以通過(guò)觀測(cè)“萊曼斷裂（Lyman Break）”——一種因紫外線被中性氫吸收而產(chǎn)生的光譜特征——如何隨著紅移的增加而向紅色波長(zhǎng)端偏移加以確認(rèn)。

這一技術(shù)的基本原理，是來(lái)自極端遙遠(yuǎn)天體的光需要跨越浩瀚的空間進(jìn)行傳播才能被我們觀測(cè)到。理論上，極早期宇宙中的星系會(huì)產(chǎn)生大量的紫外線，也就是說(shuō)它們都是巨大的產(chǎn)星區(qū)，而年輕的恒星在紫外波段上都顯得尤其明亮；當(dāng)然也有另外一種可能，即它們中心擁有極活躍的黑洞。但是無(wú)論如何，光線穿越宇宙時(shí)，波長(zhǎng)會(huì)被持續(xù)膨脹的空間拉伸。當(dāng)這些光到達(dá)地球后，它們的影像就會(huì)顯得既昏暗又發(fā)紅——因?yàn)樵静ㄩL(zhǎng)較短的紫外線已經(jīng)轉(zhuǎn)化成了波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線。對(duì)那些擁有“萊曼斷裂”光譜特征的星系而言，光譜特征如果在藍(lán)光波段上消失，并轉(zhuǎn)移到紅光波段上，就意味著它們距離我們相當(dāng)遙遠(yuǎn)。

在理想狀態(tài)下，人們可以通過(guò)將光線中不同波長(zhǎng)的光進(jìn)行分解，對(duì)紅移特征出現(xiàn)的位置進(jìn)行識(shí)別。而為了更加深入地研究，研究人員還可以進(jìn)行所謂“光譜能量分布擬合（spectral energy distribution fitting）”，將天體釋放的能量，與光的頻率或波長(zhǎng)進(jìn)行對(duì)比，估算紅移值。這種方法在測(cè)量遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的紅外線時(shí)特別有用，因?yàn)樗兄趯?duì)恒星形成區(qū)，或年輕熾熱恒星開(kāi)始加熱周圍環(huán)境的區(qū)域進(jìn)行識(shí)別。

通過(guò)這樣的分析，研究人員能夠確認(rèn)這些天體的年齡，以及它們所含恒星的質(zhì)量。

研究人員稱，縱使只有少數(shù)這樣的天體被證實(shí)存在，也足以迫使我們對(duì)現(xiàn)有的星系形成理論作出修改。如果它們確實(shí)是存在于早期宇宙中的產(chǎn)星星系，那么就會(huì)在很大程度上改變學(xué)界對(duì)宇宙演化史上最早恒星和最早星系的形成時(shí)間及形成方式的估計(jì)。

當(dāng)前人們普遍認(rèn)為，第一代星系是在宇宙大爆炸后2億至6億年間成形的，最初的星系結(jié)構(gòu)在暗物質(zhì)推動(dòng)下融合。但這一過(guò)程發(fā)生的確切時(shí)間，以及其中的細(xì)節(jié)尚不清楚，因此只有一個(gè)不確定的時(shí)間范圍。

如果此次研究人員在韋布照片中發(fā)現(xiàn)的這些早期天體確實(shí)存在于那個(gè)時(shí)期，或者是在更早的時(shí)候開(kāi)始形成的，那么科學(xué)家就能夠縮小2億至6億年這個(gè)星系形成起始時(shí)間的范圍，并對(duì)最早星系中存在熾熱產(chǎn)星區(qū)的證據(jù)進(jìn)行確認(rèn)。

研究人員稱，在他們研究的這300個(gè)亮點(diǎn)中，至少有1個(gè)已通過(guò)光譜分析，被初步確認(rèn)為是這樣的極早期星系。

在超深空紅外巡天影像中顯得相當(dāng)明亮的早期天體。影像結(jié)合了來(lái)自哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和韋布太空望遠(yuǎn)鏡的多波段數(shù)據(jù)。韋布對(duì)早期宇宙遙遠(yuǎn)昏暗天體發(fā)出的紅外光尤其敏感。

JWST

參考 Early Galaxies — or Something Else? Scientists Uncover Mysterious Objects in the Universe https://showme.missouri.edu/2025/early-galaxies-or-something-else-mizzou-scientists-uncover-mysterious-objects-in-the-universe