大爆炸后僅10億年！天文學(xué)家捕獲星系演化的'缺失環(huán)節(jié)'

探索宇宙奧秘 · 理性思考

這些星系形成于大爆炸后僅約10億年，距今近130億年。它們填補(bǔ)了宇宙演化圖譜中的關(guān)鍵空白，可能徹底改寫我們對(duì)星系形成時(shí)間的認(rèn)知。

宇宙中的塵埃并非骯臟的碎屑，而是恒星演化的重要產(chǎn)物。早期星系在劇烈造星過(guò)程中產(chǎn)生大量金屬和塵埃，這些物質(zhì)會(huì)吸收紫外和可見(jiàn)光，使星系在光學(xué)望遠(yuǎn)鏡中隱形。

亞毫米波段的觀測(cè)打破了這一僵局。位于智利的阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）能夠捕捉被塵埃加熱后輻射出的紅外能量。研究團(tuán)隊(duì)先用ALMA篩選出約400個(gè)明亮候選體，再借助JWST的近紅外觀測(cè)，最終鎖定了約70個(gè)此前從未被見(jiàn)的暗弱星系。

此次發(fā)現(xiàn)的意義遠(yuǎn)超單一觀測(cè)成果。它可能在星系演化序列中建立了關(guān)鍵連接。

但兩者之間缺乏過(guò)渡證據(jù)。新發(fā)現(xiàn)的塵埃星系恰好處于中間階段：它們比JWST發(fā)現(xiàn)的星系稍晚，又比寧?kù)o星系早約10億年停止活動(dòng)。研究者將其比喻為"年輕成人"階段，連接了"嬰兒期"的超亮星系和"老年期"的死亡星系。

如果這一鏈條得到證實(shí)，意味著星系能夠在極短時(shí)間內(nèi)完成從劇烈誕生到沉寂死亡的完整生命周期。

這些遠(yuǎn)古塵埃星系的物理特性給標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型帶來(lái)了麻煩。它們含有大量金屬和塵埃，表明恒星形成活動(dòng)開始得比現(xiàn)有理論預(yù)測(cè)更早。

標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為，宇宙早期物質(zhì)分布相對(duì)均勻，大規(guī)模結(jié)構(gòu)需要時(shí)間緩慢聚集。但觀測(cè)顯示，在大爆炸后僅10億年，就已經(jīng)存在質(zhì)量巨大且化學(xué)富集的星系系統(tǒng)。

這意味著恒星形成效率可能被嚴(yán)重低估，或者暗物質(zhì)暈的坍縮速度比預(yù)期更快。宇宙學(xué)模擬需要重新調(diào)整參數(shù)，以解釋這些"早熟"的巨獸如何在如此短的時(shí)間內(nèi)積累如此多物質(zhì)。

更為關(guān)鍵的是，中國(guó)正在建設(shè)自己的亞毫米波觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。位于西藏羊八井的宇宙線觀測(cè)站配備了大氣切倫科夫望遠(yuǎn)鏡，青海德令哈的13.7米毫米波望遠(yuǎn)鏡也在持續(xù)監(jiān)測(cè)銀河系的恒星形成區(qū)。

未來(lái)，中國(guó)空間站工程巡天望遠(yuǎn)鏡（CSST）雖主要工作于光學(xué)波段，但其與地面亞毫米設(shè)備的協(xié)同，將為中國(guó)版本的多波段宇宙觀測(cè)體系奠定基礎(chǔ)。

此外，中國(guó)天眼FAST雖然在射電波段工作，但其高靈敏度為探測(cè)早期宇宙的中性氫提供了獨(dú)特手段，與塵埃星系的分子氣體研究形成互補(bǔ)。

我們正站在宇宙學(xué)觀測(cè)的黃金時(shí)代。從JWST的深場(chǎng)凝視到ALMA的亞毫米之眼，人類拼湊著宇宙嬰兒期的圖景。這次發(fā)現(xiàn)不僅填補(bǔ)了一段演化空白，更提醒我們：關(guān)于宇宙起源的故事，可能遠(yuǎn)比現(xiàn)有教科書描述的更加復(fù)雜和精彩。

隨著更多"缺失環(huán)節(jié)"被發(fā)現(xiàn)，我們或許即將重寫星系形成的標(biāo)準(zhǔn)敘事。