数十年来,科学家们一直在探索宇宙的起源故事,但在过去的一年里,有史以来最大且最先进的太空望远镜重写了故事的开篇。由詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)捕捉到的古老星系比预期更亮、更多、也更活跃,揭示了一个充满活力的空间和时间之谜,以及一个个令人着迷的太空发现。最近,这个太空天文台意外地探测到了一个令人困惑的星系,可能会从根本上改变物理定律。请跟随我们深入探索詹姆斯·韦伯的震撼发现,这会让你大脑短路。
我们生活的宇宙是透明的,星星和星系的光在清晰的黑暗背景下熠熠生辉。但在宇宙年轻的时候,并非总是这样。在超过亿年前,宇宙是黑暗的,没有星星在这个深渊中闪烁。天文学家称这个时代为“黑暗时代”,当时的宇宙充满了氢和氦气,这是形成世界的原材料。一个被称为暗物质的神秘物质也存在,其引力将气体拉入一个精细的网中。随着事物的扩张和冷却,一些暗物质在巨大的球体中固化,将气体驱动到它们的中心。这些晕圈内部上升的引力压力迫使氢原子聚变成氦,点燃了原始宇宙的第一颗星星。这些早期的巨星发热,并在爆炸成超新星几百万年后变得更加庞大。
从天文时间上看,这只是一瞬间。这些闪光——比太阳质量大数百倍的超新星——最终转变成了宇宙。新元素产生,例如用于制造水的氧,用于建造行星的硅,用于供电的磷。同时,第一代星星还将周围的氢气原子分解,燃烧掉宇宙的薄雾,使宇宙变得透明。当雾气升起时,星星的团簇出现,旋转形成更大的团簇,其中包括我们银河系的种子。
金属堆积起来,新一代的星星从这些更重的元素中形成,许多进化成更小、更冷、寿命更长的星星。在这些星星周围,超新星形成的残留尘埃物质聚集成为第一颗行星。数代以来,天文学家们用地面和太空的望远镜研究了这个早期的纪元。当光子从星星的表面剥落并飘过宇宙时,他们探测到了一些古老的星系,捕捉到它们数十亿年前的样子。
可是,我们依然不能真正确认,在这些广泛的概述之外,最早的星星和星系是如何、以及何时形成的。科学家们已经尽其所能,将现有的望远镜推到极限,并利用理论模型填补空白。但他们知道,外面的外面还有更多的原始光,其中充满了回答人类最根本问题的答案。他们需要一种新的仪器来帮助他们更深入地观察。现在,这种仪器已经可以使用了。
宇宙早期的演化科学调查和格里瑟姆的透镜放大空间调查花费了数十小时,目的是盯着天空的一个小区域来寻找早期宇宙中的星系。当时人们的期望并不高,可能只期待一个比霍布尔深空场稍微绚丽些的版本。然而,出乎天文学家的意料,非常遥远的星系迅速进入了他们的视线。霍布尔观测到的最远的已知星系是年观测到的gnz11,它的红移是11,这得益于年提高了望远镜的有限的红外功能。红移11对应于宇宙年龄约为4亿年,这是一个被认为星系开始形成的边缘点。两个团队,一个由哈佛和史密森尼联合运营的天体物理中心,由物理学家罗汉·奈杜领导,在那令人窒息的深夜,独立地发现了glassz13,它的红移是13,比已发现星系远了约万年。
在追求快速结果的过程中,研究人员依赖于从简单的基于亮度的测量中得到的红移估计。这些估计更容易获得,但不如直接的红移测量精确,直接测量需要更多的专门的观测时间。尽管如此,这种简化的技术可能是准确的,它暗示了一个出人意料地亮和大的星系,已经拥有相当于十亿太阳的恒星质量,只比我们银河系的恒星人口少了几百倍,尽管我们自己的银河系已经有数十亿年的历史了。加利福尼亚大学洛杉矶分校的天文学家Thomassotreu说,这超出了我们最乐观的期望。但是这个记录没有保持很长时间。不到一个星期,一些小组发现了距离更远的候选星系。因此,我们有另一个候选者并不奇怪,其中一个甚至可以从根本上改变我们已知的物理学。被称为Sears的它是一个非常亮的星系,它应该存在于大爆炸后的大约2.2亿年。它也可能重写我们对宇宙的理解。但有一个很大的问题。Sears可能是我们所看到的最遥远的星系之一,或者它可能潜伏得离家更近。从本质上讲,数据似乎显示了这个星系可能存在的两个地方,我们在没有更多观测的情况下不会知道哪一个是正确的,这使它获得了薛定谔的星系候选者的称号。
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