三年前的今天，我们见证了令人紧张的发射詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）是人类发射到太空的最大、最强大的望远镜。
JWST 花了 30 年的时间建造，但在短短三年的运营中，已经彻底改变了我们的宇宙观。
它探索了我们自己的太阳系，研究了遥远行星的大气层以寻找生命迹象，并探测了最深处以寻找宇宙中形成的第一批恒星和星系。
以下是 JWST 自发射以来向我们介绍的有关早期宇宙的知识，以及它所揭示的新奥秘。
令人毛骨悚然的蓝色怪物
詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST) 突破了我们在宇宙中寻找第一批恒星和星系的范围。由于地球大气层不碍事，它在太空中的位置为利用红外光观察宇宙深处提供了完美的条件。
目前由 JWST 确认的最遥远星系的记录可以追溯到宇宙大约只有3亿年的历史。令人惊讶的是，在这么短的时间窗口内，这个星系成功形成了大约太阳质量的 4 亿倍。
这表明早期宇宙中的恒星形成是非常有效的。而且这个星系并不是唯一的一个。
当星系生长时，它们的恒星会爆炸，产生尘埃。星系越大，其尘埃就越多。这些尘埃使星系呈现红色，因为它吸收了蓝光。但问题是：JWST 已经证明这些最初的星系非常明亮、巨大非常蓝，没有任何灰尘的迹象。这真是一个谜题。
有许多理论可以解释这些最初星系的怪异本质。它们是否有巨大的恒星，只是由于重力而塌陷，而没有经历大规模的超新星爆炸？
或者它们是否有如此大的爆炸，以至于所有尘埃都被推离星系很远，露出蓝色、无尘的核心？也许这些尘埃是由于这些早期奇异恒星的强烈辐射而被破坏的——我们只是还不知道。
早期星系中不寻常的化学反应
早期的恒星是最终形成生命的关键组成部分。宇宙最初只有氢、氦和少量的锂。所有其他元素，从我们骨骼中的钙到我们呼吸空气中的氧气，都是在这些恒星的核心中锻造的。
JWST 发现早期星系也具有不寻常的化学特征。
它们含有大量的氮，远远超过我们在太阳中观察到的氮，而大多数其他金属的含量较低。这表明早期宇宙中存在一些我们尚未完全了解的过程。
詹姆斯韦伯太空望远镜表明，我们关于恒星如何驱动星系化学演化的模型仍然不完整，这意味着我们仍然没有完全了解导致我们存在的条件。
（改编自 Castellano 等人，2024 年天体物理学杂志; JWST-GLASS 和 UNCOVER 团队）
终结宇宙黑暗的小事
利用巨大的星系团作为巨大的放大镜，JWST 的灵敏相机也可以深入宇宙寻找最微弱的星系。
我们进一步寻找星系变得如此微弱、完全停止形成恒星的点。这有助于我们了解星系形成结束的条件。
JWST 尚未找到这个极限。然而，它发现了许多微弱的星系，远远超出预期，发射的高能光子（光粒子）是我们预期的四倍多。
这一发现表明这些小星系可能在结束宇宙“黑暗时代”不久之后。
小红点的神秘事件
詹姆斯韦伯太空望远镜的第一张图像带来了另一个戏剧性的、意想不到的发现。早期宇宙居住着大量的“小红点”：来源不明的极其紧凑的红色来源。
最初，他们被认为是巨大的超密集星系是不可能的，但过去一年的详细观察揭示了一系列令人深感困惑和矛盾的特性。
明亮的氢气以每秒数千公里的极快的速度发光，这是围绕超大质量气体旋转的气体的特征。
这种现象称为活动星系核，通常表明疯狂进食一个超大质量黑洞正在吞噬它周围的所有气体，并迅速增长。
但这些并不是普通的活跃星系核。首先：正如通常预期的那样，它们不会发射任何可检测到的 X 射线。更有趣的是，它们似乎具有恒星群体的特征。
这些星系有可能同时是恒星和活动星系核吗？或者介于两者之间的某个进化阶段？不管它们是什么，这些小红点可能会告诉我们一些关于超大质量行星诞生的信息和星系中的恒星。
难以置信的早期星系
除了极其活跃的早期星系，JWST还发现了极度死亡的尸体：早期宇宙中的星系，是宇宙黎明时强烈恒星形成的遗迹。
这些尸体是由哈勃望远镜和地面望远镜发现的，但只有 JWST 有能力剖析它们的光线，以揭示它们已经死了多久。
它发现了一些在宇宙历史的前 7 亿年中形成的极其巨大的星系（与我们今天的银河系一样大或更大）。我们目前的星系形成模型无法解释这些物体——它们太大而且形成得太早。
宇宙学家仍在争论这些模型是否可以弯曲以适应（例如，早期恒星形成可能非常有效），或者我们是否必须重新考虑宇宙的本质以及它如何产生早期坍塌的物体。
詹韦太空望远镜将在明年发现更多此类物体，并对现有物体进行更详细的研究。不管怎样，我们很快就会知道。
JWST 的下一步是什么？
就在它的第一步中，望远镜就揭示了我们当前宇宙模型的许多缺陷。虽然我们正在完善我们的模型以考虑 JWST 给我们带来的更新，但我们对未知的未知数感到最兴奋。
神秘的红点隐藏在我们的视野之外。宇宙深处还有什么徘徊呢？ JWST 很快就会告诉我们。
特米亚·纳纳亚卡拉，詹姆斯·韦伯澳大利亚数据中心的科学家，斯威本科技大学;伊沃·拉贝, ARC 未来研究员/副教授,斯威本科技大学， 和卡尔·格拉兹布鲁克, 天体物理与超级计算中心 ARC 获奖研究员兼杰出教授，斯威本科技大学
