这 詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST） 是迄今为止最大，最强大的太空望远镜。自2021年12月推出以来，它提供了开创性的见解。这些包括发现 最早，最遥远的已知星系，在此之后仅3亿年 大爆炸。

遥远的物体也非常古老，因为这些物体的光需要很长时间才能到达望远镜。JWST现在发现了许多这些早期星系。我们有效地回顾了这些物体，当它们在宇宙诞生后不久看到它们时看到它们。

JWST的这些观察与我们当前对 宇宙学 ＆mdash;旨在解释宇宙的科学学科；和星系形成。但是他们也揭示了我们没想到的方面。这些早期星系中有许多 发光得多 鉴于它们在大爆炸之后仅短时间就存在。

明亮的星系被认为具有更多的恒星和更多的质量。人们认为，这种水平的恒星形成需要更多的时间。这些星系在其中心也积极生长黑洞。大爆炸后这些物体很快就成熟的迹象。那么，我们如何解释这些令人惊讶的发现呢？他们是打破我们对宇宙学的想法还是需要改变宇宙的时代？

科学家已经能够通过将JWST的详细图像与其强大的光谱能力相结合来研究这些早期星系。光谱是一种解释的方法 电磁辐射 这是由太空中的物体发出或吸收的。反过来，这可以告诉您对象的属性。

我们对宇宙学和星系形成的理解取决于一些基本思想。其中之一是宇宙学原理，该原理在很大程度上指出，宇宙是同质的（无处不在）和各向同性的（在各个方向上相同）。结合爱因斯坦的 广义相对论，这一原则使我们能够将宇宙的演变联系起来，即它如何扩展或合同的能量和质量内容。

有关的： 詹姆斯·韦伯（James Webb）望远镜将宇宙学带到了一个转折点。它会很快揭示新物理学吗？

标准宇宙学模型，称为“热爆炸”理论，包括三个主要组成部分或成分。一个普通的事情是我们在星系，星星和行星中看到的。第二个成分是冷暗物质（CDM），不发射，吸收或反射光的缓慢移动物质颗粒。

第三个组成部分是宇宙常数（＆lambda;或lambda）。这与所谓的暗能量有关，是一种解释事实的方式 宇宙的扩展正在加速。这些组件一起形成了所谓的 ＆lambda; CDM模型 宇宙学。

暗能量 约占当今宇宙总能量含量的68％。

尽管没有直接观察到科学仪器，但暗物质被认为是宇宙中的大部分物质，占宇宙总质量和能量含量的约27％。

尽管暗物质和暗能量仍然神秘，但宇宙学的CDM模型得到了广泛的详细观察的支持。这些包括测量宇宙的扩展， 宇宙微波背景或CMB （大爆炸的“余辉”）以及星系的发展及其大规模分布＆mdash;例如，星系聚集在一起的方式。

＆lambda; CDM模型为我们理解星系如何形成和发展奠定了基础。例如，在大爆炸后大约380,000年发出的CMB提供了早期宇宙中发生的早期波动的快照。这些波动，尤其是在暗物质中，最终发展成为我们今天观察到的结构，例如星系和恒星。

星系形成由受许多不同物理现象影响的复杂过程组成。这些机制中的一些尚未完全理解，例如哪些过程控制星系中的气体如何冷却和形成恒星的凝结。

散发出大量能量的超新星，恒星风和黑洞的影响（有时称为 活性银河核或AGN） 可以全部加热或从星系中排出气体。反过来，这可以增强或减少恒星形成，从而影响星系的生长。

这些“反馈过程”的效率和规模及其随着时间的累积影响，对它们的累积影响很差。它们是银河形成的数学模型或模拟中的不确定性的重要来源。

在过去的十年中，已经取得了银河形成的复杂数值模拟的重大进展。从更简单的模拟和模型中，将恒星形成与暗物质光环的演变相关联仍然可以从中获得见解和提示。这些光环是由暗物质制成的巨大，无形的结构，这些结构有效地锚定了星系。

一个简单的星系形成模型之一假设，星系中恒星形成的速率直接与流入这些星系的气体绑定。该模型还提出，星系中的恒星形成速率与暗物质光晕的生长速率成正比。无论宇宙时间如何，它都假定将气体转化为恒星的固定效率。

这 “恒星形成效率”模型 与大爆炸后的前十亿年中，星形形成急剧增加。在此期间，暗物质光环的快速生长将为星系有效形成恒星的必要条件。尽管它很简单，但该模型还是成功地预测了广泛的实际观察结果，包括跨宇宙时间的恒星形成的总体速率。

JWST迎来了一个新的发现时代。借助其高级仪器，太空望远镜可以同时捕获详细的图像和高分辨率光谱＆Mdash;图表显示了由天空中物体发射或吸收的电磁辐射的强度。对于JWST，这些光谱位于电磁光谱的近红外区域。研究该区域对于观察早期星系至关重要，这些星系的光学光已变成近乎红外线（或随着宇宙的扩展）的近乎红外（或“红移”）。

RedShift描述了星系中的光波长在旅行时如何伸展。银河系越远，红移越大。

在过去的两年中，JWST在红移中确定并表征了星系，其值在10到15之间。 星系在大爆炸之后大约在200亿年之后，对于星系（大约100 parsecs或3千亿公里），它相对较小。它们每个由约1亿颗恒星组成，每年以大约一颗阳光般的恒星的速度形成新恒星。

尽管这听起来并不令人印象深刻，但这意味着这些系统在仅1亿年内将其恒星内容加倍。为了进行比较，我们自己的银河系大约需要250亿年才能使其恒星质量翻一番。

JWST在高红移或距离处的JWST的令人惊讶的发现可能意味着这些星系的成熟速度比大爆炸后预期的快。这很重要，因为它将挑战现有的星系形成模型。上面描述的恒定星形成效率模型虽然有效地解释了我们所看到的许多内容，但仍在努力考虑大量的明亮和遥远的星系，其红移超过十多，红移超过十以上。

为了解决这个问题，科学家正在探索各种可能性。这些包括对他们如何有效地将气体转化为恒星的理论的改变。他们还重新考虑了反馈过程的相对重要性；超新星和黑洞等现象如何有助于调节恒星形成。

一些理论表明，早期宇宙中的恒星形成可能比以前想象的更激烈或“爆发”，导致了 快速增长 这些早期星系及其明显的亮度。

其他人则认为，不同的因素，例如较低量的银河灰尘，恒星质量的最丰富的分布或诸如主动黑洞等现象的贡献，可能导致这些早期星系的意外亮度。

这些解释引用了星系形成物理学的变化，以解释JWST的发现。但是科学家也一直在考虑对广泛的宇宙理论进行修改。例如，丰富的早期，明亮的星系可以部分通过称为物质功率谱的变化来解释。这是描述宇宙中密度差异的一种方式。

实现此物质功能谱发生这种变化的一种可能机制是一种理论现象 “早期的黑能”。这是一个想法，即与黑暗能源相似的新宇宙能源可能在早期存在3,000的红移。这是在CMB发出之前，大爆炸仅380,000年。

在宇宙进化阶段被称为重组之后，这种早期的黑暗能量会迅速衰减。有趣的是，早期的黑暗能量也可以减轻 哈勃张力 ＆mdash;不同估计的差异 宇宙的年龄。

一篇论文于2023年发表 建议JWST的银河系发现要求科学家将宇宙年龄延长数十亿年。

但是，其他现象可以解释明亮的星系。在使用JWST的观察来调查宇宙学广泛思想的变化之前，对星系中物理过程的更详细理解至关重要。

最遥远的银河系的当前记录持有人＆mdash;由JWST＆Mdash确定是 称为Jades-GS-Z14-0。到目前为止收集的数据表明，这些星系具有不同的不同特性的多样性。

JWST观察到的星系的3D可视化，包括Jades-GS-Z14-0。

一些星系显示出托管发射能量的黑洞的迹象，而另一些星系似乎与托管年轻，无尘的恒星种群一致。因为这些星系微弱，并且观察它们很昂贵（曝光时间需要很多小时），所以只有20个星系，迄今为止，使用光谱镜观察到了红移超过10个星系，并且需要数年的时间才能建立一个统计样本。

在后来的宇宙时代，宇宙年龄为10亿至20亿年的宇宙时代（红移在三到九点之间）时，可以观察到不同的攻击角度。JWST的功能使研究人员可以从这些物体中的恒星和气体访问关键指标，这些指标可用于限制星系形成的整体历史。

在JWST运营的第一年中，据称一些最早的星系具有极高的恒星质量（其中包含的恒星群体），并且需要改变宇宙学来适应早期宇宙中存在的明亮星系。他们甚至被称为 “宇宙破坏者”星系。

不久之后，很明显，这些星系不会打破宇宙，但是它们的特性可以通过一系列不同的现象来解释。更好的观察数据表明，对某些物体的距离被高估了（这导致了其恒星质量的高估）。

这些星系中的光的发射可以由恒星以外的其他来源提供动力，例如积聚黑洞。模型或模拟中的假设也可能导致这些星系中恒星总质量的偏见。

随着JWST继续执行任务，它将帮助科学家改进他们的模型，并回答有关我们宇宙起源的一些最根本的问题。它应该解锁有关宇宙最早时代的更多秘密，包括这些明亮，遥远的星系的难题。

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