詹姆斯·韦伯太空望远镜真的“打破”了宇宙学吗？
詹姆斯·韦伯太空望远镜的深场图像显示了有史以来最早、最遥远的星系。（图片来源：美国国家航空航天局、欧洲航天局、加拿大航天局和STScI）
（蜘蛛网eeook.com）据美国太空网（Paul Sutter）：詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）开始科学运行后不久，天文学家宣布，他们在早期宇宙中发现了星系，这些星系对于他们的年龄来说太大、太亮、太多恒星。虽然世界各地的头条新闻都声称这些星系正在“打破”我们对大爆炸的理解，但事实要微妙得多，也更有趣。
大爆炸理论是我们对宇宙历史的总体描述，从它的遥远过去开始，当时宇宙比现在小得多，更热，密度更大。该模型最初于20世纪初开发，经过一系列观测测试，非常善于解释各种宇宙学观测，包括来自遥远星系的光的红移、宇宙微波背景形式的剩余辐射的出现、轻元素的丰度以及星系和更大结构的演化。
虽然大爆炸理论不能确定哪些星系会出现在哪里，但它可以谈论概率。例如，宇宙学家可以粗略地说，在宇宙的某个年龄，在给定的体积内应该出现多少个小星系、多少个中等星系和多少个大星系。但在JWST之前，我们还没有直接观测到银河系演化的最早阶段——这是望远镜明确设计用来研究的。
2022年，天文学家宣布，他们发现了极其遥远的星系，这些星系的大小令人惊讶、怪异。他们测量到这些星系的红移超过16，这意味着这些星系在大爆炸后仅存在2亿至2.5亿年。然而，它们是巨大的，似乎已经完全成形，有螺旋臂和一切。
这些星系似乎远远超出了大爆炸理论的预期；他们就像在幼儿园的教室里找到了青少年。那么，发生了什么事？
弯曲宇宙学
厚颜无耻的头条新闻宣告了大爆炸理论的终结。但这些故事遗漏了一个关键的细节：天文学家通过一种称为光度法的技术估计了这些星系的红移，这种技术非常不确定。要全面评估这些星系“打破”宇宙学的能力，就必须等待对其红移的更精确测量，从而确定其年龄。
几个月后，当这些更精确的测量结果最终出现时，这些星系从破纪录的星系变成了……正常的星系。例如，一个星系的红移从16岁以上修正为4.9岁，使其年龄从大爆炸后的2.4亿年增加到超过10亿年。这足以让正常的大爆炸理论解释它们的大小和形状。
但伴随着这些不太令人兴奋的修订，其他星系也出现了一些新的红移，包括目前已知最遥远的星系JADES-GS-z14-0，红移为14.32。当宇宙只有2.9亿年的历史时，这个星系还活着。
天文学家完全预计星系将在大爆炸后2.9亿年存在；这就是他们建造JWST的原因。随着星系的发展，JADES-GS-z14-0无疑是一个幼年星系——它的直径只有1600光年，而银河系的直径为100000光年。但有趣的是，这个星系相当明亮，充满了恒星——不足以彻底打破宇宙学，但足以引发一些关于宇宙中第一个星系起源和发展的问题。
构建宇宙学
大爆炸理论很可能是错误的；科学家必须保持心理纪律，承认这种可能性。但有了如此丰富的证据，大爆炸不太可能从一次观测中被推翻。值得重申的是，JWST正在做我们设计和建造它所要做的事情：回答一些关于第一批恒星和星系是如何出现的悬而未决的问题。
宇宙学家完全有可能在大爆炸的框架内解释像JADES-GS-z14-0这样的星系的出现，而无需进行任何重大修改。例如，大黑洞可能在这些星系出现之前就已经出现了，它们超强的引力可能引发了明亮的恒星形成爆发。或者，超新星反馈和其他机制可能导致第一个星系比现在的星系拥有更多的恒星，使这些早期星系尽管体积很小，但看起来很强大。
或者，我们最初的观测可能偏向于这些小而明亮的异常值，进一步的活动将揭示更多更平凡的星系，从而减轻与星系形成模型的紧张关系。
最后，也许我们需要为宇宙添加一些新的成分，比如允许暗能量随着时间的推移而进化，以便在如此早期产生这些星系。
这本身就足够令人兴奋，而不需要颠覆我们所知道的大爆炸。宇宙中有足够多的奥秘和隐藏的角落，让天文学家夜以继日地思考可能性，并在早上继续研究如何解决这些问题。
