“看看這個(ge) 。”伊沃·拉貝（Ivo Labbé）收到了埃麗(li) 卡·納爾遜（Erica Nelson）發來的消息。埃麗(li) 卡·納爾遜正在研究詹姆斯·韋布空間望遠鏡（James Webb Space Telescope，JWST）發布的第一批圖片。

那還是2022年7月，距離這個(ge) 革命性超級望遠鏡的第一批圖像發布僅(jin) 一周的時間。韋布望遠鏡耗時25年才最終建成，比任何已有的望遠鏡都要強大100到1000倍。這是人類曆史上最大、最雄心勃勃的科學實驗之一，你很難不用“超級”、“最強”這樣的詞來形容它，而這也絲(si) 毫沒有誇大。

這台望遠鏡之所以耗費了幾十年的時間才建造好，其中一個(ge) 原因是它必須可折疊，必須能夠被“塞進”火箭頂部，被送入距離地球150萬(wan) 千米的極寒太空。在那裏，它將遠離地球的熱輻射，從(cong) 而探測到遙遠宇宙中最微弱的紅外光。

伊沃·拉貝沒有料想到的是，其中一張圖片上的小紅點將會(hui) 震撼我們(men) 對大爆炸後第一批星係形成的理解，經過數月的分析，他和同事於(yu) 2023年2月底在《自然》（Nature）雜誌上發表了他們(men) 的研究成果（Labbé et al., 2023）。

尋找新型星係

納爾遜和拉貝正在尋找新型的星係。那些被卓越的哈勃空間望遠鏡（Hubble Space Telescope）錯過的星係，即使經過幾十年的巡天也沒被發現的星係。

他們(men) 兩(liang) 人認識已經15年了。那時納爾遜還在美國加利福尼亞(ya) 州的一所文理學院讀大一，而拉貝剛剛從(cong) 大學獲得博士學位，開始了他在加州洛杉磯當研究員的第一份工作。當時，韋布望遠鏡還隻是一個(ge) 遙遠的傳(chuan) 聞。

多年以後，兩(liang) 人的人生軌跡再次交匯，現在是美國科羅拉多大學（University of Colorado）助理教授的納爾遜和澳大利亞(ya) 斯威本科技大學（Swinburne University of Technology）副教授的拉貝，正在專(zhuan) 攻最終成真的韋布望遠鏡的第一批數據。

納爾遜稱這些新型星係為(wei) “UFO”，但這並非不明飛行物的縮寫(xie) ，而是“超紅扁平物”（Ultra-red Flattened Objects，arXiv:2208.01630），因為(wei) 它們(men) 看起來很像飛碟。在彩色圖像中，它們(men) 看起來非常紅，因為(wei) 所有光線都是紅外光，而在人類可以看到的波長下，這些星係是不可見的。

紅外觀測是韋布望遠鏡的“超能力”，讓它能夠窺探距離我們(men) 最遙遠的星係。對於(yu) 宇宙大爆炸後形成的第一批恒星和星係，它們(men) 發射出的紫外線和可見光會(hui) 在擴張的宇宙中被拉伸，到達我們(men) 這裏時，是以紅外線的形式存在的。

難以置信的早期大質量星係

納爾遜的所有星係看起來都像飛碟，但有一個(ge) 例外。拉貝盯著屏幕上的小紅點看，那不是UFO。他警覺地意識到：它非同尋常，也更加重要。

在小點上運行分析軟件後，它輸出了兩(liang) 個(ge) 數字：距離131億(yi) 光年，質量1000億(yi) 顆恒星，拉貝差點把剛喝進嘴的咖啡噴出來。他們(men) 發現了“不可能”：不可能如此早期也不可能如此大質量的星係。

在這樣的距離上，光需要131億(yi) 年才能到達我們(men) ，所以我們(men) 在看到這些星係時，宇宙隻有7億(yi) 歲，僅(jin) 為(wei) 其當前的138億(yi) 年齡的5%。如果這是真的，這個(ge) 星係形成了與(yu) 我們(men) 現在的銀河係所擁有的相同數量的恒星。這打破了時間記錄。

如果這是真的，一定不隻有一個(ge) 這樣的星係。一天之後，拉貝一共找到了6個(ge) 。

6張可能存在的大質量星係圖片，拍攝自宇宙大爆炸後的5億(yi) 至8億(yi) 年。圖片來源：NASA / ESA / CSA / I. Labbe

天文學的缺失環節？

我們(men) 是否已經發現了天文學的缺失環節？星係形成一直存在著一個(ge) 長期的謎團。當我們(men) 在空間和時間上進行觀察時，我們(men) 看到在宇宙大爆炸後約15億(yi) 年左右，完全形成、成熟的星係“屍體(ti) ”似乎是突然出現的。

這些星係已經停止了新恒星的孕育，我們(men) 稱之為(wei) “死亡星係”，一些天文學家對它們(men) 非常著迷。這些死亡星係的恒星年齡表明，它們(men) 必定形成於(yu) 宇宙更早期的階段，但哈勃一直以來沒能發現它們(men) 更早期的生長階段。

早期的死亡星係是真正奇怪的存在，它們(men) 裝滿了如銀河係所擁有的一樣多的恒星，但體(ti) 積又隻有銀河係的三十分之一。就好比一個(ge) 體(ti) 重200斤的成年人，身高隻有6厘米，這些小紅點也是同樣奇怪的存在，它們(men) 看起來像是同類型星係的迷你版本，擁有巨大的體(ti) 重和迷你的身高。

恒星太多，太早

然而，這裏有一個(ge) 問題。這些小紅點擁有的恒星是在太多太早了。恒星最初由氫氣形成，而基本宇宙理論，也就是“大爆炸理論”（The Big Bang Theory），對形成恒星的可用氣體(ti) 量做出了嚴(yan) 格的預測。

要如此快地形成這些星係，幾乎須要將宇宙中的所有氣體(ti) 轉變為(wei) 恒星，效率近乎100%。而這是極其困難的，對科學領域來說是不可能的。這一新發現可能會(hui) 改變我們(men) 對宇宙最早期星係形成方式的理解。

這6個(ge) 星係及其周圍的太空。圖片來源：NASA / ESA / CSA / I. Labbe

結論就是，存在一種不同的途徑，一種“快速通道”，可以非常迅速、非常高效地形成巨型星係。一條麵向前1%的快車道。

從(cong) 某種意義(yi) 上說，每一個(ge) 候選星係都可以被認為(wei) 是“黑天鵝”。哪怕能確認其中一個(ge) 是真的，也會(hui) 就此排除我們(men) 當前的“所有天鵝都是白色的”星係形成模型：在這個(ge) 模型中，所有早期星係都緩慢而漸進式地成長。

檢查指紋

解決(jue) 這個(ge) 謎團的第一步，是通過光譜學來確認距離，研究人員將每個(ge) 星係的光線通過棱鏡分散成類似於(yu) 彩虹的光學指紋。從(cong) 而獲得以0.1%為(wei) 精度的距離數據。

它還將告訴我們(men) 產(chan) 生這些光的是什麽(me) ，是恒星還是什麽(me) 更特別的東(dong) 西。

恰好在大約一個(ge) 月以前，韋布望遠鏡已經瞄準了6個(ge) 候選大質量星係的其中一個(ge) ，結果證明它是一個(ge) 遙遠的幼年類星體(ti) 。類星體(ti) （quasar）是一種現象，當氣體(ti) 落入一個(ge) 星係中心的超大質量黑洞時，會(hui) 發出明亮的光芒。

這實際上非常令人興(xing) 奮，因為(wei) 我們(men) 還不理解星係中超大質量黑洞的起源，找到幼年類星體(ti) 可能是關(guan) 鍵。另一方麵，類星體(ti) 可以比其整個(ge) 主星係更亮，因此我們(men) 不可能判斷那裏有多少顆恒星，以及星係質量是否真的如此之大。

對於(yu) 其他5個(ge) 候選星係來說，是否都是如此？幼年類星體(ti) 無處不在嗎？或許不是，但我們(men) 還需要一年的時間來調查剩餘(yu) 的星係，找出答案。

一隻黑天鵝墜落了，還有五隻。

參考來源：

[1] https://theconversation.com/we-just-discovered-the-impossible-how-giant-baby-galaxies-are-shaking-up-our-understanding-of-the-early-universe-200343

[2] https://www.nature.com/articles/s41586-023-05786-2

[3]

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