詹姆斯韦伯太空望远镜图像挑战宇宙如何演化的理论

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变得太大，如果要相信宇宙学的标准模型的话。

在发表在《自然天文学》上的一项研究中，德克萨斯大学奥斯汀分校天文学副教授迈克·博伊兰-科尔钦(Mike Boylan-Kolchin)发现，迄今为止，JWST观测到的最早和质量最大的星系候选者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500亿到700亿年之间看到的，但质量却是太阳的10多亿倍。其中一个星系甚至看起来比银河系更大，尽管我们自己的星系还有数十亿年的形成和生长时间。

“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的速度比我们预测的要快，这可能需要新的力和粒子。

为了使星系以如此大的速度形成，它们还需要将近100%的可用气体转化为恒星。

“我们通常看到最多10%的气体转化为恒星，”Boylan-Kolchin说。“因此，虽然100%将气体转化为恒星在技术上处于理论上可能的边缘，但实际上，这需要与我们预期非常不同的东西。

尽管它唤起了令人窒息的兴奋，但JWST给天文学家带来了一个令人不安的困境。如果这些星系自大爆炸以来的质量和时间得到证实，那么可能需要对宇宙学的统治模型进行根本性的改变 - 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 - 可能需要。

如果有其他比ΛCDM更快的形成星系的方法，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，那么天文学家将需要改变他们普遍的想法。

六个星系的时间和质量是初步估计，需要光谱学的后续确认 - 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，中心超大质量黑洞可能会加热周围的气体，可能会使星系更亮，使它们看起来比实际更大。

或者，也许星系实际上比最初估计的时间要晚得多，因为尘埃导致来自银河系的光的颜色变红，给人一种距离我们更多光年的错觉，因此，时间更远。

星系数据来自宇宙演化早期发布科学调查(CEERS)，这是一项由德克萨斯大学奥斯汀分校天文学家史蒂文芬克尔斯坦领导的多机构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，并揭示更多发现以帮助解决困境。COSMOS-Web覆盖的区域大约是CEERS的50倍，预计将发现数千个星系。

“这将是在早期发现最稀有，最大规模星系的理想选择，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。

对六个星系候选者的质量和红移的初步发现和估计由澳大利亚斯威本科技大学领导的一个团队于二月份发表在《自然》杂志上。

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