威尔·邓纳姆为路透社报道
自从去年投入使用以来，詹姆斯·韦伯太空望远镜为我们揭示了宇宙早期历史的一部分，发现了一些可以追溯到神秘宇宙黎明时期的星系。
然而，在宇宙的早期阶段，似乎存在着一些巨大且成熟的星系，这与科学家的预期相悖——它们的规模和形成速度都超出了想象。这使得科学家们在寻找解释的同时，对宇宙学的基本理论提出了质疑。宇宙学是研究宇宙起源和演变的科学。一项新的研究可能会在不颠覆现有理论的情况下解开这一谜团。
研究人员利用复杂的计算机模拟来探究最早星系的演化过程。数据显示，在138亿年前宇宙大爆炸后的最初几亿年里，这些星系中的恒星形成方式与今天像银河系这样的巨大星系的恒星形成方式截然不同。
他们发现，早期星系的恒星形成是偶发性的爆发，而非持续稳定的过程。这一点至关重要，因为科学家通常通过星系的亮度来评估其大小——即星系中数百万或数十亿颗恒星的总质量。
因此，根据这项研究，这些星系可能如预期般相对较小，但却可能像真正的大质量星系一样发出耀眼的光芒——给人以巨大质量的错觉——这源于恒星形成时的明亮爆发。
“天文学家可以准确测量这些早期星系的亮度，因为光子（光粒子）是直接可探测和计数的，而判断这些星系是否真的很大或质量很大则要困难得多。”它们看起来很大，因为它们被观察到非常明亮，”伊利诺伊州西北大学的天文学博士后孙国超表示，他是本周在《天体物理学杂志通讯》上发表的这项研究的主要作者。
韦伯于2021年发射，并于2022年投入使用，探测到的非常明亮的星系数量是大多数理论模型预测的十倍。
“根据宇宙学的标准模型，在宇宙黎明时期不应存在如此多的大质量星系，因为大爆炸后星系需要时间才能成长。“大爆炸之后，宇宙充满了非常热且几乎均匀的等离子体——一个火球——没有恒星或星系，”西北大学的天体物理学家和研究的资深作者Claude Faucher-Giguère说。
“在我们的新论文中，我们通过模拟定量地表明，恒星形成的爆发会产生闪光，这可以解释韦伯观测到的非常明亮的星系。这一点之所以重要，是因为我们可以在不打破标准宇宙学模型的情况下解释这些非常明亮的星系，”Faucher-Giguère补充道。
研究中的模拟是作为相对论环境反馈（FIRE）研究项目的一部分进行的。
这些发现集中在一种被称为“恒星爆炸形成”的现象上。
“与几乎恒定的恒星形成速率不同，这些早期星系中的恒星形成活动时断时续，随着时间的推移出现了一些大的波动。这导致了它们亮度的巨大变化，因为像JWST这样的望远镜所观测到的光是由这些星系中形成的年轻恒星发出的，”孙国超说。
研究人员知道为什么这种现象发生在较小的星系中。在这些星系中，一批非常大的恒星可能会在突然爆发中形成，然后由于它们的巨大体积，仅仅几百万年后就会以超新星的形式爆炸。它们将气体喷射到太空中，这些气体成为另一次恒星形成爆发的原料。但在较大的星系中，更强的引力效应阻止了这些爆发，促进了稳定的恒星形成。
孙国超希望韦伯继续挑战我们对宇宙的理解，并提供新的见解，无论这些见解是否符合科学预期。
“这正是科学研究和进步的方式，”孙国超说。
路透。
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