宇宙的怪胎？科學(xué)家：這個(gè)東西，理論上不可能存在

韋布發(fā)現(xiàn)，在宇宙大爆炸后僅15億年的時(shí)空中，存在著一個(gè)極其成熟的巨型旋渦星系。

韋布新發(fā)現(xiàn)的Alknanda星系，前方星系團(tuán)為Abell 2733。

NASA / ESA / CSA / I. Labbe / R. Bezanson / Alyssa Pagan / Rashi Jain / Yogesh Wadadekar

人們制造新望遠(yuǎn)鏡的目的之一，是為了解開某些天文學(xué)上的謎；而一旦這些望遠(yuǎn)鏡投入使用，總又會(huì)有很多新的謎團(tuán)顯現(xiàn)。強(qiáng)大如韋布望遠(yuǎn)鏡亦是如此。它穿透塵埃阻隔，望見了比以往更加遙遠(yuǎn)深邃的宇宙；與此同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了許多理論上不可能存在的天體——如質(zhì)量巨大遠(yuǎn)超預(yù)期的黑洞，以及在宇宙嬰兒期就已經(jīng)發(fā)育成熟的怪胎星系。

近日兩位印度科學(xué)家Rashi Jain和Yogesh Wadadekar，又借助韋布在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)不可思議的星系。他們發(fā)現(xiàn)，在宇宙大爆炸后僅15億年的時(shí)空中，存在著一個(gè)極其成熟的巨型旋渦星系。

這個(gè)星系被命名為Alaknanda。其寬度大約為32500光年，總質(zhì)量相當(dāng)于160億個(gè)太陽。Alaknanda的紅移值約為4，是韋布發(fā)現(xiàn)的紅移值最高的旋渦星系之一。形態(tài)分析結(jié)果表明，該星系有一個(gè)完整的盤狀結(jié)構(gòu)，有兩條對稱的旋臂。

通常認(rèn)為，星系旋渦結(jié)構(gòu)的形成需要漫長的時(shí)間。但年僅2億歲的Alaknanda，其成熟度卻已經(jīng)相當(dāng)于比它年長數(shù)十億歲的成年星系。這一星系的發(fā)現(xiàn)，表明現(xiàn)實(shí)中推動(dòng)星系形成的物理進(jìn)程，如氣體吸積、盤面穩(wěn)定，以及旋渦密度波發(fā)展的運(yùn)作效率，可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了理論預(yù)言。

Alaknanda的現(xiàn)身，也有賴于引力透鏡效應(yīng)。一個(gè)名為Abell 2733的星系團(tuán)橫亙在Alaknanda和地球之間，巨大的引力場扭曲了Alaknanda發(fā)出的光線，使其亮度翻了一倍。韋布還使用了21片濾鏡，對星系發(fā)出的光進(jìn)行了精細(xì)剖析，最終使得研究人員可以確定Alaknanda的各項(xiàng)特征。

研究人員發(fā)現(xiàn)，Alaknanda正在以極高的速度制造恒星，其年恒星誕生率高達(dá)63個(gè)太陽質(zhì)量；相比之下，銀河系每年只產(chǎn)生1至2個(gè)太陽質(zhì)量的新恒星。這表明遠(yuǎn)古星系制造恒星的速度遠(yuǎn)高于現(xiàn)代星系。該星系中有一半的恒星形成于大約131億年前，也就是說它只用短短2億年，就形成了星系中50%的恒星。以宇宙的尺度來看，這簡直就是彈指一揮間。

更加特別的是，Alaknanda不但身形巨大，還是一個(gè)旋渦星系。它是有史以來人們在如此遙遠(yuǎn)的年代里發(fā)現(xiàn)的最清晰的旋渦星系。研究人員稱，在短短幾億年中聚集起百億個(gè)太陽質(zhì)量的恒星，并將它們組織成一個(gè)美麗的旋渦星盤是一件不可思議的事情。表明早期宇宙中星系形成的速度也遠(yuǎn)超理論預(yù)期。

研究人員還表示，Alaknanda的發(fā)現(xiàn)表明人們目前對旋渦星系旋臂形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)可能也是錯(cuò)誤的。目前對此的一般認(rèn)識(shí)是，首先氣體要從星系周圍逐漸向星系積聚，這需要很長時(shí)間；而只有當(dāng)氣體沉降形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的盤狀結(jié)構(gòu)后，旋臂才可能由密度波觸發(fā)，在盤中形成。

在某些特殊情況下，星系之間的近距離相遇可能也會(huì)觸發(fā)旋臂形成。但這類旋臂通常會(huì)很快消失。也許Alaknanda的旋臂也是這樣的，而這意味著它的附近可能有一個(gè)伴星系。

目前關(guān)于Alaknanda旋臂的形成機(jī)制尚未有定論。而答案可能需要通過韋布以及阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波射電望遠(yuǎn)鏡陣列作進(jìn)一步觀測來獲得。如果天文學(xué)家能夠測定Alaknanda的自轉(zhuǎn)速度，以及這種自轉(zhuǎn)的有序程度，或許有機(jī)會(huì)解開其旋臂的形成之謎。

左圖為近紫外濾鏡下的Alaknanda，右圖為可見光下的Alaknanda。左圖重點(diǎn)突出了星系中的產(chǎn)星區(qū)，右圖突出了星系中心的盤面。

NASA / CSA / ESA / Rashi Jain

參考

Alaknanda: JWST discovers massive grand-design spiral galaxy from the universe's infancy

https://www.eurekalert.org/news-releases/1107899

A grand-design spiral galaxy 1.5 billion years after the Big Bang with JWST

https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/11/aa51689-24/aa51689-24.html