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2023年2月，《自然》雜誌公布了韋布望遠鏡的一個(ge) 重要發現，那就是它發現了一些高紅移的本不應該存在的星係，這些星係的恒星質量如此之大，足以顛覆我們(men) 現有的宇宙認知。為(wei) 什麽(me) 早期存在的大質量恒星能夠重塑我們(men) 的宇宙觀？

要說這些星係，還需要先從(cong) 我們(men) 的宇宙認知談起。大爆炸宇宙模型認為(wei) ，宇宙是由一個(ge) 致密熾熱的奇點於(yu) 138億(yi) 年前一次大爆炸後膨脹形成的。它的提出其實是基於(yu) 一係列的觀測證據。在上個(ge) 世紀1924年的時候，美國天文學家哈勃首先發現，當時的仙女座大星雲(yun) 距離我們(men) 地球的距離，要比我們(men) 所知道的銀河係的尺度還要大，所以就提出來仙女座大星雲(yun) 其實是一個(ge) 星係，位於(yu) 銀河係之外。而在之後，哈勃繼續發現了更多的河外星係。他不僅(jin) 僅(jin) 是發現了更多的河外星係，而且還發現一個(ge) 令人驚奇的現象，也就是星係如果距離我們(men) 銀河係越遠，遠離我們(men) 銀河係的速度也就越快，這就是我們(men) 現在所知道的哈勃勒梅特定律。

基於(yu) 這樣的觀測基礎，1946年美國物理學家伽莫夫正式提出大爆炸宇宙模型。爆炸之初，物質隻能以中子、質子、電子、光子和中微子等基本粒子形態存在。宇宙爆炸之後的不斷膨脹，導致溫度和密度很快下降。隨著溫度降低、冷卻，逐步形成原子、分子，並複合成為(wei) 通常的氣體(ti) 。氣體(ti) 逐漸凝聚成星雲(yun) ，星雲(yun) 進一步形成各種各樣的恒星和星係，最終形成如今所看到的宇宙。

1964年，美國貝爾電話公司的彭齊亞(ya) 斯和威爾遜，在調試巨大的喇叭形天線時，出乎意料地接收到一種無線電幹擾噪聲，各個(ge) 方向上信號的強度都一樣，而且曆時數月而無變化。經過努力，後來他們(men) 知道了這就是我們(men) 宇宙大爆炸遺留到現在的遺跡。

在上個(ge) 世紀70年代的時候，美國的天文學家薇拉魯賓通過觀察臨(lin) 近星係中恒星的運動，最後提出了暗物質的存在。在二十多年後，美國和澳大利亞(ya) 的科學家們(men) 有發現我們(men) 現在的宇宙沒有在減速，反而在加速膨脹，基於(yu) 這樣的觀測事實，他們(men) 又進一步提出暗能量在我們(men) 宇宙中的存在。因為(wei) 有暗能量，宇宙從(cong) 60億(yi) 年前開始加速膨脹。這就是我們(men) 目前所了解的宇宙學的基本常識。

太陽係，配圖來自圖蟲網

所以我們(men) 的宇宙組成，按照我們(men) 的理解，應該是包括了正常物質，暗物質和暗能量三種。那我們(men) 的宇宙中的恒星和星係，按照我們(men) 的理解，也是經曆了一個(ge) 從(cong) 無到有的過程。因為(wei) 在宇宙早期的一段時間，溫度非常高，所以沒有恒星和星係，隻有到了後期的時候，隨著宇宙的膨脹，氣體(ti) 溫度慢慢變低，現在的宇宙模型就認為(wei) 恒星和星係形成，不過星係在開始的時候比較小，因為(wei) 星係之間的碰撞，星係就隨著時間變大。所以我們(men) 可以看到，它也經曆了一個(ge) 從(cong) 小到大的過程，這就是我們(men) 現在所認為(wei) 的宇宙模型。一直認識宇宙的早期是我們(men) 的一個(ge) 目標。所以在2021年的時候就發射了能夠看到宇宙早期的韋布望遠鏡。

而韋布望遠鏡觀測發現，在宇宙的年齡隻有如今3%的時候，按我們(men) 的預期，星係的質量當時應該是非常小的，然而所發現星係中的恒星質量是太陽的100億(yi) 倍，甚至一個(ge) 星係中的恒星質量可能是太陽的1000億(yi) 倍，接近銀河係的質量了。科學家們(men) 總共發現了6個(ge) 類似星係，它們(men) 可能會(hui) 改變人類對宇宙中星係起源的認識。科學家們(men) 將這些星係稱為(wei) “宇宙規則的破壞者”，它們(men) 與(yu) 99%的現有宇宙模型存在矛盾。他們(men) 推測，有些可能是超大質量黑洞，但同時發現6個(ge) 黑洞似乎不太可能，其中一些很可能是真的星係。

新研究中檢測到的恒星質量比科學家之前認為(wei) 的要大100倍。按照科學的說法，這樣的星係本不應該在宇宙誕生後這麽(me) 短的時間內(nei) 就變得這麽(me) 大。我們(men) 本以為(wei) 在這個(ge) 時間點上隻會(hui) 發現微小、年輕的嬰兒(er) 星係，但卻在以前被認為(wei) 是宇宙黎明的時分，發現了和我們(men) 銀河係一樣成熟的星係。當然還需要之後更多的觀測驗證這次的觀測結果。

如果這些星係能被進一步證實，就意味著人類對早期宇宙演變曆史的認識可能是錯誤的，星係演變比人類認識到的要快得多。這就需要改變既往宇宙模型，或者改變人類對星係起源的理解。

本文為(wei) 科普中國·星空計劃扶持作品

作者：苟利軍(jun) （中國科學院大學教授）

審核：韓文標（中國科學院上海天文台研究員）

出品：中國科協科普部

監製：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳(chuan) 媒有限公司

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