根据最近的一项研究，使用詹姆斯·韦布空间望远镜观测到的一些最早的星系实际上比最初认为的质量要小得多。这些星系中黑洞的存在使它们看起来比真实大小更明亮、更大。这一信息为围绕早期星系大小的标准宇宙学模型改变的必要性的讨论提供了新的见解。
当天文学家首次通过NASA的詹姆斯·韦布空间望远镜窥见早期宇宙的星系时，他们期待观察到微小的星系，而实际上他们却遇到了似乎是一系列巨大星系的景象。一些星系看起来在极短的时间内获得了巨大的质量，这些模拟难以解释。这导致一些研究人员提出这可能表明标准宇宙学模型存在缺陷——一个描述宇宙组成和自大爆炸以来演变的理论框架。
最近在《天体物理学杂志》上发布的一项新的研究，由德克萨斯大学奥斯汀分校的研究生凯瑟琳·乔罗斯基领导，揭示了一些早期星系的质量确实远低于先前的信念。这些星系内部的黑洞促使它们发光，使它们看起来比实际更大。
“我们仍然观察到的星系数量多于预测，但没有一个如此庞大以至于违反宇宙的法则，”乔罗斯基表示。
这一发现得益于韦布的宇宙演化早期发布科学（CEERS）调查的观测，由德克萨斯大学的天文学教授史蒂文·芬克尔斯坦主导，并且是研究的共同作者。
黑洞增加亮度
这项最新研究表明，许多看似过于庞大的星系可能寄宿着迅速消耗气体的黑洞。该快速流动气体所产生的摩擦会产生热量和光，使这些星系比仅仅由恒星发出的光照得更亮。这种亮度的增加可能给人一种错误的印象，认为这些星系拥有比我们的估计暗示的更多的恒星，因此质量更大。当科学家们将这些被称为“小红点”（因其颜色和小尺寸而得名）从计算中排除时，剩下的早期星系很好的符合了标准宇宙学模型的预测。
“总之，标准宇宙学模型并没有危机，”芬克尔斯坦说。“对于一个经受住如此长时间检验的理论，要推翻它需要充分的证据，而这里并没有这样的情况。”
高效的恒星形成
虽然主要问题已经得到解决，但另一个较小的担忧依然存在：韦布的数据表明，早期宇宙仍然有大约两倍于标准模型预期的巨大星系。对此差异的一种理论认为，早期宇宙中恒星形成的速度比现在快。
“也许在早期宇宙中，星系在将气体转化为恒星方面更有效，”乔罗斯基建议。
恒星形成发生在热气体冷却到足够的程度，被引力拉拢形成一个或多个恒星。但是，随着气体坍缩，它会加热并产生向外的压力。在我们宇宙的一部分，这种相反力量之间的平衡通常会减缓恒星形成的过程。一些理论推测，由于早期宇宙的密度更高，恒星形成过程中气体外泄受到限制，从而使这一过程能够更快速地进行。
黑洞的证据
与此同时，天文学家一直在研究使用韦布发现的“小红点”的光谱，CEERS小组的研究人员和其他研究人员识别出快速移动的氢气的迹象，这表明了黑洞吸积盘。这一发现支持了这样的看法：这些紧凑的红色天体的大部分亮度可能源于围绕黑洞涡旋的气体，而不是来自恒星——支持了乔罗斯基团队得出的结论，即这些星系可能并没有最初认为的那么大。然而，关于这些引人入胜的天体的更多观测即将到来，将有助于阐明光源，不论是来自恒星还是来自围绕黑洞的气体。
在科学中，解决一个问题往往会开启新的调查之门。虽然研究人员已表示标准宇宙学模型可能是完好的，他们的发现凸显了对恒星形成的新视角的需求。
“然而，仍然存在一种好奇心，”乔罗斯基指出。“并非一切都完全被了解。这种不确定性使得科学探索变得有趣；如果一篇论文解决了所有问题，将不会再有问题值得探索。”
参与这项研究的德克萨斯大学其他作者包括迈克尔·博伊兰-科尔钦、安东尼·泰勒和米凯拉·巴格利。他们与芬克尔斯坦（主任）和乔罗斯基一起，都是德克萨斯大学宇宙前沿中心的一部分，旨在加深我们对早期宇宙的理解。
这项研究涉及包括科尔比学院、多伦多大学、德克萨斯A&M大学、国家科学基金会国家光学-红外天文研究实验室、NASA戈达德太空飞行中心、康涅狄格大学、欧洲太空天文中心、马萨诸塞大学安姆赫斯特校区、加州大学欧文分校、西班牙生命科学中心、耶路撒冷希伯来大学、丹麦宇宙曙光中心、哥本哈根大学、弗拉特艾隆研究所、路易斯维尔大学、拉古纳大学、巴黎文理大学、瑞士洛桑联邦理工学院、罗切斯特理工学院、帕多瓦大学（意大利）、INAF——帕多瓦天文台（意大利）、加州大学河滨分校、萨塞克斯大学、马耳他大学、格罗宁根大学、荷兰空间研究所SRON及日本国家天文台的机构合作。
这项研究得到NASA、太空望远镜科学研究所和国家科学基金会的资助。
詹姆斯·韦布空间望远镜是一个由NASA主导的国际倡议，与欧洲空间局和加拿大空间局合作。
