宇宙在撒謊？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)不應(yīng)該存在的古老星系

2026年1月5日，《自然》雜志發(fā)了一篇論文。

論文說的事很簡單：天文學(xué)家在140億光年外，發(fā)現(xiàn)了一個不該存在的東西。

一個星系團(tuán)。

這個消息傳出來，全球天體物理學(xué)界都懵了。

一

我先給你講清楚什么是星系團(tuán)。

你抬頭看夜空，看到的每一顆星星，都是太陽系所在銀河系里的恒星。銀河系有2000億顆恒星，這是一個星系。

但宇宙里不止一個星系。

在你看不見的深空，有數(shù)千億個星系。有的比銀河系大，有的比銀河系小，它們散布在宇宙的各個角落。

而星系團(tuán)，是宇宙中最大的引力束縛結(jié)構(gòu)。

成百上千個星系聚在一起，被暗物質(zhì)和引力捆綁成一團(tuán)，星系之間充滿了高溫氣體——我們叫它"星系際介質(zhì)"。這些氣體的溫度可以達(dá)到幾千萬攝氏度，熱得可以發(fā)出X射線。

形成這么個東西，需要時間。

很長的時間。

引力要慢慢把星系拉到一起，恒星爆炸、黑洞噴射要持續(xù)釋放能量，把星系之間的氣體一點(diǎn)點(diǎn)加熱。這個過程就像燒開水，你不能指望剛點(diǎn)火就沸騰。

按照我們現(xiàn)有的物理學(xué)理論，從星系開始聚集，到星系際介質(zhì)被加熱到極高溫度，這個過程需要幾十億年。

但現(xiàn)在，智利的ALMA射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一個星系團(tuán)，編號SPT2349-56。

它誕生于宇宙大爆炸后14億年。

這個星系團(tuán)的溫度，是理論預(yù)測值的5倍。

二

我給你算筆賬。

宇宙大爆炸發(fā)生在138億年前。宇宙大爆炸之后14億年，也就是距今約140億光年的地方，宇宙才剛剛10%的年紀(jì)。

那時候宇宙還是個嬰兒。

星系剛剛開始形成，第一代恒星剛剛點(diǎn)燃，黑洞剛剛開始生長。一切都在起步階段，緩慢而混沌。

按照標(biāo)準(zhǔn)的宇宙學(xué)模型，這個時期的星系團(tuán)應(yīng)該是"冷"的——當(dāng)然，這個"冷"是相對的，可能也有幾百萬度，但絕不應(yīng)該達(dá)到現(xiàn)在觀測到的溫度。

這就像一個剛出生一歲的嬰兒，你期待他會哭會笑會翻身，結(jié)果這孩子突然站起來，開始跑步，還能做引體向上。

不對勁。

非常不對勁。

達(dá)爾豪斯大學(xué)的天體物理學(xué)家斯科特·查普曼是這項(xiàng)研究的聯(lián)合作者。他在加拿大國家研究委員會工作時主導(dǎo)了這個項(xiàng)目。

他說："我們沒想到在宇宙歷史這么早的階段，會看到如此熾熱的星系團(tuán)大氣層。"

英屬哥倫比亞大學(xué)的博士生周大智負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析。他更直白："一開始我不相信這個信號，因?yàn)樗鼜?qiáng)得不真實(shí)。"

但經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，他們確認(rèn)了。

信號是真的。

這個星系團(tuán)，真的熱得離譜。

三

這個星系團(tuán)有多暴力？

它只有銀河系外暈?zāi)敲创蟆谟钪娉叨壬希@算是很緊湊的空間。大概10萬光年的直徑，跟銀河系主體差不多。

但在這個空間里，塞了30多個正在瘋狂活動的星系。

還有3個超大質(zhì)量黑洞。

它制造恒星的速度，是銀河系的5000倍。

你理解這意味著什么嗎？

銀河系每年誕生大約1到2顆新恒星，已經(jīng)算是一個成熟穩(wěn)定的星系。我們的太陽就是46億年前誕生的那一批恒星之一。銀河系現(xiàn)在很"佛系"，不急不躁，慢慢造星。

而這個140億光年外的小家伙，每年造出上萬顆恒星。

每一顆恒星的誕生都伴隨著巨大的能量釋放。恒星形成時，氣體云坍縮，溫度升高，核聚變點(diǎn)燃，釋放出強(qiáng)烈的輻射和恒星風(fēng)。

30多個星系同時在這么小的空間里造星，你可以想象那是什么場景。

就像在一個籃球場大小的空間里，同時點(diǎn)燃30個核電站。

然后還不止這些。

中心還有3個超大質(zhì)量黑洞。

黑洞不是什么都吸進(jìn)去就完事的。當(dāng)物質(zhì)落入黑洞時，會在黑洞周圍形成吸積盤，吸積盤里的物質(zhì)摩擦生熱，溫度可以達(dá)到上億度，發(fā)出強(qiáng)烈的輻射。有些物質(zhì)還會被黑洞的磁場加速，以接近光速的速度噴射出去，形成噴流。

這些噴流攜帶的能量，可以影響整個星系團(tuán)。

三個黑洞同時在中心瘋狂吞噬物質(zhì)，噴射能量。

整個系統(tǒng)像一臺超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的熔爐。

四

ALMA望遠(yuǎn)鏡是怎么發(fā)現(xiàn)這個異常的？

他們用了一個叫"熱蘇尼亞耶夫-澤爾多維奇效應(yīng)"的方法。

這個效應(yīng)是蘇聯(lián)物理學(xué)家在1960年代提出的。原理是這樣的：

宇宙大爆炸后38萬年，宇宙第一次變得透明，釋放出了"宇宙微波背景輻射"。這些光子從那時起就在宇宙中穿行，直到今天。

當(dāng)這些古老的光子穿過高溫氣體時，會被氣體中的高能電子散射，能量會發(fā)生變化。通過觀測這種變化，我們可以反推氣體的溫度和密度。

ALMA望遠(yuǎn)鏡就是用這個方法，測量了SPT2349-56星系團(tuán)中氣體的溫度。

結(jié)果讓所有人都震驚了。

氣體溫度至少是理論預(yù)測值的5倍。

周大智說，他第一反應(yīng)是數(shù)據(jù)出錯了。

但檢查了所有可能的錯誤來源——儀器校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)處理、背景噪聲——都沒問題。

信號太強(qiáng)了，強(qiáng)到不容置疑。

這個星系團(tuán)，確實(shí)熱得不符合任何現(xiàn)有模型。

五

問題來了。

我們的理論錯了嗎？

查普曼給出了一個可能的解釋："這告訴我們，早期宇宙中的某些東西——很可能是那三個超大質(zhì)量黑洞——已經(jīng)在向周圍環(huán)境泵入巨大的能量，塑造著這個年輕的星系團(tuán)。這比我們想象的要早得多，也強(qiáng)烈得多。"

換句話說，早期宇宙的演化速度，可能遠(yuǎn)比我們認(rèn)為的要快。

黑洞的作用，可能遠(yuǎn)比我們估計(jì)的要強(qiáng)。

星系團(tuán)的形成機(jī)制，可能需要重新書寫。

但這又帶來了新的問題。

超大質(zhì)量黑洞是怎么來的？

我們知道，黑洞是由大質(zhì)量恒星死亡后坍縮形成的。一個典型的恒星級黑洞，質(zhì)量大概是太陽的幾倍到幾十倍。

但超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量是太陽的幾百萬倍、幾千萬倍，甚至上億倍。

它們是怎么長這么大的？

標(biāo)準(zhǔn)理論認(rèn)為，超大質(zhì)量黑洞是從小黑洞一點(diǎn)點(diǎn)"吃"出來的。通過吞噬周圍的氣體、恒星，甚至其他黑洞，逐漸增長到現(xiàn)在的規(guī)模。

但這個過程也需要時間。

很長的時間。

黑洞吞噬物質(zhì)是有速度限制的，叫"愛丁頓極限"。超過這個速度，輻射壓力會把物質(zhì)吹走，黑洞反而吃不到東西。

按照愛丁頓極限計(jì)算，一個太陽質(zhì)量的黑洞，要長到上億倍太陽質(zhì)量，需要幾十億年。

但現(xiàn)在，在宇宙只有14億歲的時候，就已經(jīng)出現(xiàn)了超大質(zhì)量黑洞。

而且不是一個，是三個，還擠在同一個星系團(tuán)里。

這說明什么？

要么黑洞的生長速度比我們想的快得多。

要么早期宇宙中存在某種我們不知道的"種子黑洞"，它們一誕生就很大，不需要慢慢吃。

要么，我們對黑洞的理解根本就是錯的。

六

這不是天文學(xué)家第一次在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)"不該存在"的東西。

2022年，詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡開始工作。它的紅外觀測能力，讓我們能夠看到更遙遠(yuǎn)、更早期的宇宙。

然后我們就發(fā)現(xiàn)，早期宇宙比我們想象的要"成熟"。

按照標(biāo)準(zhǔn)模型，宇宙大爆炸后幾億年，星系應(yīng)該還很小、很暗、很混亂。

但韋伯望遠(yuǎn)鏡看到的早期星系，有些大得出奇，亮得出奇，結(jié)構(gòu)也比預(yù)期的要規(guī)整。

2023年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一批超大質(zhì)量黑洞，它們存在于宇宙誕生后不到10億年的時期。

2024年，又發(fā)現(xiàn)了一些早期星系的恒星形成率高得離譜。

現(xiàn)在，2025年，又來了這個熱得不科學(xué)的星系團(tuán)。

每一次發(fā)現(xiàn)，都在挑戰(zhàn)我們的理論。

有人開始懷疑：我們是不是從根本上誤解了宇宙早期的演化？

七

周大智說，他們接下來要研究的問題是：

"劇烈的恒星形成、活躍的黑洞和這個過熱的大氣層是如何相互作用的？這告訴我們現(xiàn)今的星系團(tuán)是如何建造的？在這樣一個年輕而緊湊的系統(tǒng)中，怎么可能所有這一切同時發(fā)生？

這是個好問題。

宇宙在140億年前做了什么，我們并不真正知道。

我們以為知道，但每次望遠(yuǎn)鏡升級，就會發(fā)現(xiàn)新的東西——那些不符合理論、不該存在、卻偏偏存在的東西。

物理學(xué)的歷史告訴我們，當(dāng)觀測和理論出現(xiàn)矛盾時，錯的永遠(yuǎn)是理論。

牛頓的萬有引力定律統(tǒng)治了200年，直到水星軌道的異常告訴我們需要廣義相對論。

廣義相對論解釋了宏觀世界，直到量子力學(xué)的出現(xiàn)告訴我們微觀世界不是那么回事。

現(xiàn)在，我們又站在了一個新的十字路口。

標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型——那個基于大爆炸理論、暗物質(zhì)、暗能量的模型——已經(jīng)成功解釋了太多觀測現(xiàn)象。宇宙微波背景輻射、大尺度結(jié)構(gòu)、元素豐度，都跟模型預(yù)測完美吻合。

但這些早期宇宙的異常現(xiàn)象，正在撕開這個完美模型的裂縫。

也許我們需要修正模型的某些參數(shù)。

也許我們需要加入新的物理機(jī)制。

也許，我們需要一個全新的理論。

參考資料：Nature, January 5, 2026 Dalhousie University press release University of British Columbia press release