摘要：密苏里大学天体物理学家团队的最新发现正在动摇现代宇宙学的基础理论。他们利用詹姆斯·韦伯太空望远镜观测数据识别出300个异常明亮的早期宇宙候选星系，这些天体的存在严重违背了当前主流的星系形成模型预期。如果后续光谱验证证实这些发现，整个天体物理学界可能需要重新审视

信息来源：https://scitechdaily.com/nasas-webb-telescope-discovers-300-mysterious-objects-that-shouldnt-exist/

密苏里大学天体物理学家团队的最新发现正在动摇现代宇宙学的基础理论。他们利用詹姆斯·韦伯太空望远镜观测数据识别出300个异常明亮的早期宇宙候选星系，这些天体的存在严重违背了当前主流的星系形成模型预期。如果后续光谱验证证实这些发现，整个天体物理学界可能需要重新审视对宇宙演化历程的基本认知。

这些神秘天体距离地球极其遥远，它们发出的光在到达韦伯望远镜之前已经在宇宙中传播了超过130亿年。按照现有的ΛCDM宇宙学标准模型预测，在宇宙如此早期的阶段，星系应该普遍较为暗淡，因为彼时恒星形成效率低下，重元素匮乏，大质量黑洞尚未充分发育。然而，这批候选星系的亮度却远超理论预期，仿佛在告诉人类：我们对早期宇宙的理解存在根本性缺陷。

技术突破使不可见变为可见

天文学家利用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了300个神秘天体，它们可能是宇宙中最早形成的星系之一。如果得到证实，它们的存在将重塑我们对星系最初形成过程的理解。（艺术家构想）

韦伯望远镜之所以能够发现这些早期宇宙的"异常分子"，关键在于其革命性的红外观测能力。当宇宙中最遥远天体发出的光经过漫长的宇宙膨胀过程时，原本的可见光和紫外光被拉伸至红外波段，这种现象被称为宇宙学红移。红移值越高，表明天体距离地球越远，也意味着我们看到的是更加遥远过去的宇宙状态。

密苏里大学天文学教授严浩菁解释了观测原理："这些早期星系发出的光在太空中传播时会延伸到更长的波长，从可见光转变为红外线。红移现象帮助我们确定星系的距离，红移越高，星系距离地球就越远，距离宇宙起源就越近。"

研究团队采用了成熟的"dropout"技术来筛选候选目标。这种方法通过寻找在特定红外波段出现但在较短波长消失的天体来识别高红移星系。当星系光谱中的莱曼断裂特征——由中性氢吸收紫外线造成的光谱截断——被红移到观测波段时，就会产生这种"dropout"现象。

密苏里大学研究人员在研究中发现的宇宙神秘物体。图片来源：Bangzheng “Tom” Sun/密苏里大学

该研究的主要作者、博士生孙邦正详细阐述了技术细节："dropout技术通过寻找在红光波长下出现但在蓝光波长下消失的物体来探测高红移星系。这种现象表明存在莱曼断裂，随着红移增加，这种光谱特征会向更长的红光波长移动。"

现有理论模型的致命挑战

这些候选星系的异常亮度对当前星系形成理论构成了直接挑战。根据等级结构形成理论，早期宇宙中的星系应该通过小质量暗物质晕的逐步并合来形成更大的结构。在宇宙年龄仅有几亿年的时期，星系的恒星质量和黑洞质量都应该相对较小，因此整体亮度不应过高。

然而，观测结果显示的情况截然不同。这300个候选星系的亮度暗示它们可能拥有异常高效的恒星形成率，或者存在质量远超预期的超大质量黑洞。这两种可能性都与现有理论模型存在严重冲突。

国际天体物理学界对此保持谨慎但关注的态度。欧洲南方天文台的研究人员指出，如果这些发现得到光谱确认，可能需要修正对早期恒星形成效率、初代恒星质量函数，以及原始黑洞种子质量的基本假设。

更深层的问题在于，这些明亮天体的存在可能暗示早期宇宙的物理条件与我们的预期存在根本差异。或许当时的恒星形成过程具有某种未知的增强机制，或许原始黑洞的形成和增长比现有模型预测的要快得多。

光谱验证的关键作用

尽管dropout技术能够有效识别高红移候选星系，但要确定它们的真实身份，光谱观测仍是不可替代的"黄金标准"。光谱学能够将天体发出的光分解为不同波长成分，就像棱镜将白光分解为彩虹一样，从而揭示星系的详细物理特性。

通过光谱分析，天文学家不仅能够精确测定红移值，还能获得星系的年龄、金属丰度、恒星形成历史等关键信息。这些数据将帮助研究人员判断这些候选天体是否真的是早期星系，还是可能被误认的其他类型天体，如活动星系核或前景星系。

目前，研究团队已经获得了其中一个候选天体的光谱确认，证实它确实是一个早期星系。然而，严浩菁教授强调："仅有一个天体的确认还不够。我们需要更多的光谱验证，才能确定当前理论是否面临真正的挑战。"

获取这些高红移天体的光谱数据是一项极其困难的任务。由于它们极其遥远且相对暗淡，需要韦伯望远镜进行长时间的积分观测才能获得足够信噪比的光谱。国际天文学界已经启动了多个大型光谱巡天项目，包括CEERS、JADES和PRIMER等合作项目，旨在系统验证这些早期宇宙候选天体。

理论模型的潜在修正方向

如果大部分候选星系得到光谱确认，天体物理学家将面临修正现有理论模型的挑战。可能的修正方向包括：

首先是重新评估早期宇宙的恒星形成效率。传统模型认为早期宇宙缺乏重元素，恒星形成过程相对低效。但这些明亮星系的存在可能暗示，在特定条件下早期宇宙能够实现异常高效的恒星形成。

其次是修正超大质量黑洞的形成理论。现有模型预测早期宇宙中的黑洞应该相对较小，但这些明亮天体可能拥有比预期更大的中心黑洞。这将要求我们重新思考原始黑洞种子的形成机制和早期增长过程。

第三是考虑暗物质和暗能量在早期宇宙中的作用。这些异常明亮的星系可能暗示暗物质晕的形成和演化过程存在未知的物理机制，或者早期宇宙的膨胀历史与现有模型存在偏差。

哈勃太空望远镜时代的观测已经暗示早期宇宙可能比预期更加活跃，但受限于观测能力，当时无法获得确凿证据。韦伯望远镜的发现为验证这些早期迹象提供了前所未有的机会。

密苏里大学团队的工作代表了现代天体物理学研究的典型范例：利用最先进的观测设备获得意外发现，然后通过严格的科学方法进行验证和理论解释。这种发现驱动的科学研究模式正在推动人类对宇宙认知的边界不断扩展。

随着更多光谱数据的获得和分析技术的不断改进，这些神秘天体的真实身份将逐渐揭晓。无论最终结果如何，这项研究都已经为天体物理学界带来了宝贵的科学资源和新的研究方向。如果这些发现得到全面证实，人类对宇宙演化历程的理解将迎来一次范式转换，正如当年哈勃发现宇宙膨胀一样具有革命性意义。

来源：人工智能学家