詹姆斯·韦伯太空望远镜正在改写我们对宇宙的了解

我们大多数人都被教导 - 并且被认为是理所当然的 - 宇宙始于“大爆炸”，大约有 137 亿年的历史，并且由于暗能量而继续以恒定的速度膨胀。冷暗物质被认为构成了宇宙中的大部分物质，但它是看不见的，它的影响只能通过引力来观察。普通物质——我们在行星、恒星、气体等中看到的那种物质，在宇宙总质量中所占的比例相对较小。这些是所谓的标准宇宙学模型的关键特征，该模型基于称为Lambda冷暗物质（ΛCDM）模型的理论框架。

什么是JWST，它与哈勃太空望远镜有何不同？

2021 年 12 月 25 日，詹姆斯·韦伯太空望远镜 （JWST） 发射升空，引发了许多关于标准宇宙学模型的严重问题，这些问题可能会导致对标准模型的修订，即使不是实质性的——甚至完全——重写它。对于外行来说，詹姆斯·韦伯望远镜是有史以来最大、最强大的太空望远镜，成本超过 100 亿美元，耗时近 20 年。JWST的主镜直径为6.5米（21.3英尺），比哈勃望远镜的2.4米（7.9英尺）镜大得多，为其提供了6倍的光捕获能力。虽然哈勃可以捕获一些红外光，但它主要设计用于捕获可见光和紫外线。

JWST强调捕获红外光很重要，因为它使它能够穿透宇宙尘埃云，并允许它看到更远的时间。随着宇宙的膨胀，来自最早的恒星和星系的光已经从可见光“红移”到紫外线，最后到达我们在宇宙中的位置时变成红外波长。虽然哈勃望远镜已经能够使用引力透镜看到早在134亿年前，但JWST能够更清楚地解析这些星系的图像，并超越哈勃望远镜的“幼儿星系”（正如美国宇航局所描述的那样）到形成的第一个星系，看看什么是“婴儿星系”。到目前为止，JWST能够观测到的最早的星系已被确定为大爆炸后仅3.2亿年。

JWST与哈勃望远镜的不同之处在于捕获红外光。图片来源：NASA， J. Olmsted

迄今为止，韦伯望远镜最重要和最具挑战性的发现是什么？

JWST发现的星系 - 在目前的137亿年宇宙学时间尺度上 - 使它们的年龄在5亿到7亿年之间。这本身并不出乎意料。出乎意料的是，这些星系的质量有多大，其中许多星系的大小与我们自己的银河系的大小一致。在JWST观测到这些星系之前，以前人们认为这种大小的星系不可能在宇宙的表观历史中如此早地存在。科学家们曾预计JWT将在这个时间尺度上发现相对较小的星系，但这些在宇宙中形成如此早期的大型星系被称为“宇宙破坏者”，因为如果宇宙只有137亿年的历史，它们根本不应该存在。

其中一个古老的星系被称为ZF-UDS-7329，比银河系大，但在大爆炸后仅8亿年形成。在它被发现之前，人们一直认为只有这种规模的星系才能形成，直到暗物质在宇宙中播种。它的存在颠覆了宇宙的年龄，也颠覆了科学家认为这种大小的星系能够形成的必要条件。JWST还在我们自己的银河系中心（大约25,000光年外）的太空中发现了其他结构，科学家们以前从未观察到过这些结构，并且正在努力解释。其中包括一团蓝色的电离氢云，它覆盖了人马座C区域的大片空间，包括被描述为“针状”结构的混乱指向多个方向。

星系ZF-UDS-7329在大爆炸后800m年形成，它是如此之大，根据标准的宇宙学模型不应该存在。图片来源：NASA JWST

标准宇宙学模型的核心特征之一是所谓的哈勃常数。以埃德温·哈勃（Edwin Hubble）的名字命名（就像望远镜一样），他首先观察到宇宙正在膨胀，并且与物体与地球的距离成正比且恒定。哈勃望远镜的观测结果导致了所谓的哈勃张力，用于测量宇宙膨胀速度的不同技术产生了不同的结果。现在，JWST已经证实，这些不同的观测结果确实是正确的，宇宙不是以恒定的速度膨胀，而是以不同的速度膨胀，当我们观察宇宙的不同部分时，这些速度会有所不同。这一发现直接与目前关于宇宙膨胀的想法相矛盾，如果大爆炸是宇宙创造和随后暴胀的核心。

JWST还发现了更多的巨型黑洞，这些黑洞已经在我们所理解的早期宇宙中形成。这也是一个完全出乎意料的发现。通常，超大质量黑洞是通过数百万年的气体吸积形成的;但这些超大质量黑洞的形成速度似乎比以前想象的要快得多。它们还提出了一个问题，即它们的生长速度是否比以前想象的要快得多，或者它们是否真的刚刚诞生。无论哪种方式，JWST的发现都将改写书籍 - 关于超大质量黑洞形成的方式和速度，或者宇宙是否比科学家最初认为的要古老得多。

来源：IT时代网

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