詹姆斯·韋布太空望遠鏡真的“顛覆”了宇宙學嗎？

詹姆斯維布太空望遠鏡開始科學觀測後不久 天文學家宣佈 在早期宇宙中發現了一些星系 這些星系在它們的年齡段內 顯得過於龐大 明亮且充滿恆星 雖然全球的新聞標題聲稱 這些星系正在顛覆我們對宇宙大爆炸的理解 但事實更加複雜 也更加有趣 大爆炸理論是我們對宇宙歷史的總體描述 從宇宙過去很小 很熱 很密的狀態開始 這個模型在20世紀初期發展起來 經過了一系列的觀測測試 非常擅長解釋各種宇宙學觀察 包括來自遙遠星系的光線紅移 以宇宙微波背景形式出現的剩餘輻射 氫元素的豐度 以及星系和更大結構的演化 雖然大爆炸理論不能確定哪些星系會出現在何處 但它可以討論概率 例如宇宙學家可以大致說明 在宇宙的某個年齡段中 每個體積內應該出現多少小星系 中等星系和大星系 但在JWS之前 我們沒有直接觀測到星系演化早期階段的機會 這正是該望遠近的設計目的之一 2022年天文學家宣佈 發現了一些極其遙遠的星系 它們的體積令人驚訝的巨大 它們測量這些星系的紅移值超過16 這意味著這些星系存在於大爆炸後僅200到250百萬年 然而它們已經是巨大的 似乎已經完全形成甚至有懸壁 這些星系看起來遠遠超出了大爆炸理論的預期 它們就像在幼兒園教室裡發現了青少年 那麼這是怎麼回事呢 於是出現了那些大膽的標題 宣稱大爆炸理論的終結 但那些報道忽略了一個關鍵細節 天文學家通過一種稱為光度測量的技術 估算了這些星系的紅移 這種方法非常不確定 要全面評估這些星系顛覆宇宙學的能力 還需要更精確的紅移測量 從而確定它們的年齡 幾個月後當更精確的測量結果出來時 這些星系從打破紀錄變成了普通星系星 例如一個星系的紅移從超過16被修正為僅4.9 其年齡從大爆炸後240百萬年變為超過10億年 這個時間足夠讓正常的大爆炸理論 解釋它們的大小和形態 然而 除了這些不那麼激動人心的修正之外 還出現了一些新的確認紅移的星系 包括目前已知最遙遠的星系JSGS-140 其紅移為14.32 這一星系在宇宙僅290百萬年時就已經存在 天文學家完全預料到 在大爆炸後290百萬年會有星系存在 這也是他們建造JWST的原因 作為星系 JSGS-140確實是一個少年 它的直徑僅為1600光年 而銀河系的直徑為10萬光年 但有趣的是 這個星系相當明亮且充滿恆星 雖然不足以完全顛覆宇宙學 但足以引發關於第一批星系如何出現的疑問 大爆炸理論可能是錯誤的 科學家必須保持心理上的紀律 承認這種可能性 但憑藉大量的證據支持 大爆炸理論不太可能因單一觀測而被推翻 值得重申的是 JWST正在做我們設計和建造它所期望的事 回答一些關於第一批恆星和星系 如何出現的重大未解之謎 宇宙學家完全有可能在大爆炸理論框架內 解釋像JSGS-140這樣的星系的出現 而不需要進行任何重大修正 例如大質量黑洞可能在這些星系之前出現 它們強大的引力吸引 可能引發了明亮的恆星形成爆發 或者超新星反饋和其他機制 使得第一批星系比現今的星系更富含恆星 使這些早期星系儘管規模較小卻顯得強大 或者我們最初的觀測偏向了這些小而亮的異常值 進一步的觀測可能會揭示出更多普通星系 從而減少與星系形成模型的緊張關係 或許我們需要在宇宙中添加一些新的成分 例如允許暗能量隨時間演化 以在早期生成這些星系 即使不需要顛覆我們對大爆炸的理解 這本身也足夠令人興奮了 宇宙中有足夠多的謎團和隱藏的角落 讓天文學家夜不能寐地思考各種可能性 也讓他們早晨起牀 繼續努力解決這些問題