没人预料到它们。它们本不应该在那里。而现在，没人能解释它们是如何形成的。
几乎与银河系一样巨大，并且充满了成熟红色恒星的星系似乎分散在詹姆斯·韦伯太空望远镜（韦伯或 JWST）在其早期观测活动中获得的深空场图像中，这让天文学家们感到头疼。
这些星系在一项基于韦伯首次数据发布的新研究中被描述，它们非常遥远，以至于对于强大的望远镜来说，它们只呈现为微小的红色点。通过分析这些星系发出的光，天文学家确定他们在我们宇宙的婴儿期观察到它们，仅在大爆炸后 5 亿至 7 亿年。
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这种早期的星系本身并不令人惊讶。天文学家预计，第一批星团在宇宙脱离所谓的黑暗时代后不久就出现了——宇宙存在的最初 4 亿年，当时只有浓厚的氢原子雾弥漫在太空中。
但在韦伯图像中发现的星系显得异常巨大，而且其中的恒星也太古老了。新发现与现有关于早期宇宙外观和演化的想法相冲突，并且与韦伯功能较弱的前身——哈勃太空望远镜——之前的观测结果不符。
“我们对早期宇宙中存在的星系类型有特定的预期：它们年轻且体积小，”宾夕法尼亚州立大学天文与天体物理学助理教授、该研究的作者之一乔尔·莱贾在电子邮件中告诉 Space.com。“之前使用哈勃和其他仪器对早期宇宙的研究倾向于发现早期的小型、蓝色、婴儿星系：这些天体刚刚从原始宇宙汤中形成，并且它们自身正在构建早期的恒星和结构。”
一般来说，年轻的恒星会发出明亮的蓝光。随着年龄的增长，恒星会随着燃料的燃烧和冷却而呈现更红的光芒。在韦伯旨在发现的古老星系中，天文学家并没有期望看到古老的红色恒星。他们也没有期望发现质量超过十亿个太阳的星系。但莱贾说，韦伯深空场中揭示的那些红色点似乎比这还要大 50 倍。
“我们样本中质量最大的星系估计质量[比我们银河系低两到四倍]，”莱贾写道。“这令人震惊——我们发现的星系候选者质量与我们自己的星系一样大，而当时宇宙只有目前年龄的 3%。”
莱贾说，在天文学家开始改写宇宙学理论来解释这些星系在大爆炸后如此迅速地聚集在一起之前，他们必须确保他们看到的奇怪红点不是其他东西。然而，莱贾说，大多数其他解释也需要全新的概念。
“例如，早期宇宙中的恒星可能由于缺乏重元素而以奇异的方式发光，也许我们没有将这些纳入我们的模型中，”莱贾写道。“或者，也许我们对恒星如何在局部形成的理解，例如恒星质量的函数中有多少恒星从气体中形成，在早期宇宙中完全不适用。这些事情也令人兴奋地发现，并且也会颠覆我们对早期宇宙中恒星形成的理解——只是方式非常不同。”
揭示这些令人费解的星系的图像是韦伯的近红外相机 (NIRCam) 作为宇宙演化早期发布科学 (CEERS) 计划的一部分获得的。天文学家计划很快再次将韦伯的镜面转向这些星系，这次是为了获得那些遥远点的光谱。光谱根据其波长成分分解观测到的光，从而揭示其来源的化学和物理性质。
“最重要的是，光谱可以非常精确地给出这些天体的距离，”莱贾说。“这些天体的“距离”和“身份”是相关的：如果我们知道距离，我们就可以确定身份，反之亦然。因此，光谱将立即告诉我们我们的假设是否正确。”
在韦伯团队发布首批观测结果——来自这个宏伟的观测台——仅仅六个多月后，科学家们已经被挑战去改写他们关于早期宇宙的理论。
“我们第一次观察非常早期的宇宙，并且不知道我们会发现什么，”莱贾在宾夕法尼亚大学的声明中说。
“事实证明，我们发现了一些如此出乎意料的东西，以至于实际上给科学带来了问题。它使早期星系形成的整个图景都受到质疑。”
该研究于周三（2 月 22 日）发表在《自然》杂志上。
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