[비즈한국] 我们到底能看到多遥远的宇宙？在宇宙中，距离远意味着时间久远，这被称为“回望时间”（Lookback time）效应。看得越远，就越接近大爆炸后宇宙还是一片混沌、空无一物的原始黑暗。为了观测宇宙诞生的瞬间，望远镜不断地指向更深邃的远方。当然，无论如何努力，过去观测到的基本都是大爆炸后宇宙年龄至少在10亿年之后的状态。
然而，最近天文学家在詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）的数据中发现了一个红移值高达32的星系。如果该数据准确，那么这个星系展现的是宇宙年龄仅为9000万年时的样子。这仅仅是当前宇宙年龄的0.6%！如果这是真的，我们确实捕捉到了宇宙诞生的黎明瞬间。目前，天文学家尚不清楚这个星系的真实身份究竟是什么。
在此次发现之前，詹姆斯·韦伯捕捉到的最遥远星系是MoM-z14。今年4月，詹姆斯·韦伯捕捉到了来自该遥远星系的微弱光芒，其红移值约为14.44。那束光来自宇宙诞生后仅2.8亿年的时候。作为一个生活在早期宇宙的原始星系，它的体积非常小，只有240光年，不是24万光年，而是240光年。其质量约为太阳质量的1000万倍，相当于围绕银河系运行的小麦哲伦星系的大小。
但这并不意味着可以小觑它。这些微小的原始星系确实在宇宙非常年轻时就已存在。换句话说，这表明在宇宙诞生后不久，就已经形成了相当多的星系。随着詹姆斯·韦伯投入使用，天文学家们意识到，从宇宙开端起，存在的星系数量就远超预期。于是，他们开始从头思考原始星系最初形成机制的问题。
长期以来，天文学家认为大爆炸后并不会立即形成恒星和星系。在宇宙开始快速膨胀后的很长一段时间里，既没有恒星，也没有星系。人们认为至少需要4亿年左右，物质才会逐渐聚集，恒星和星系才开始显现。科学家曾认为，在大爆炸后2亿年，第一批恒星才诞生；4亿年后，才形成了可以被称为“星系”的结构。也就是在“宇宙黎明”结束后，恒星与星系的时代才正式拉开序幕。
但最近，詹姆斯·韦伯接连提供了证据，表明在“黎明”之前恒星和星系就已经存在了。这提出了一个令人震惊的可能性：宇宙可能比我们想象的更早之前就是一个相当成熟的世界。正是在这种背景下，此次又发现了红移值为32的星系。
这是过去认为根本无法观测到的水平。天文学家在深入分析詹姆斯·韦伯捕捉到的微弱光谱后，确认其红移值极有可能高达32。这比此前的纪录保持者MoM-z14还要早2亿年。难道在宇宙仅9000万岁时，就已经有星系存在了吗？这个原始星系被赋予了一个绰号“Capotauro”，取名自意大利的一座山峰。
Capotauro是通过詹姆斯·韦伯的NIRcam，在F115W到F444W之间的红外波段，利用七种滤镜进行拍摄的。其中，只有在波长最长的F444W和F410M波段才能看到该天体。在波长较短的F356W及以下滤镜中完全看不到。这意味着它经历了极其严重的红移，导致波长被拉得非常长。这种根据波长不同而突然出现又消失的现象被称为“漏选”（Dropout）。从詹姆斯·韦伯图像中红外波段明显的漏选现象来看，该天体极有可能具有极端的红移值。如果参考波长更短的哈勃空间望远镜的观测结果，在一般的可见光或近红外波段，该天体完全不可见。
然而，由于该天体非常暗淡，光谱中的噪声极大。在天文学中，通常会假设由各种温度和化学成分组成的恒星集合模型，通过寻找与实际观测到的光谱形态最吻合的模型来分析星系光谱。这时会使用BAGPIPES、ZPHOT等各种拟合算法，但由于此次信号过于微弱且模糊，无论使用哪种算法，结果都充满不确定性。
目前解释这一观测结果的可能性主要有两种。首先，假设它是一个在大爆炸后初期就存在于宇宙中的极亮星系。即使实际上它位于观测宇宙的尽头，要能被微弱地观测到，其真实亮度必须极其惊人。仅质量就需达到太阳质量的10亿倍，但事实上，这是早期宇宙中绝对无法预期的体积。要达到如此庞大的质量，宇宙至少需要存在数亿年才有可能。
如果要在宇宙仅9000万岁时存在如此庞大的星系，那么从宇宙诞生之初，恒星和星系的形成速度就必须极快。为了这种“爆发式增长”，实际上该星系所拥有的所有气体物质必须以100%的效率瞬间转化为恒星。这在当前的模型中是绝对不可能的。
根据一般的恒星演化模型，恒星终有一天会爆炸。特别是在早期宇宙，恒星更大且寿命更短，它们演化和爆炸的速度更快。这种超新星的爆炸会再次加热周围的星际物质，抑制随后的恒星生成。因此，通常星系内将气体转化为恒星的效率维持在10%到20%左右。为了达到接近100%的极端效率，需要假设星系内诞生的恒星绝不会爆炸，这在常识上很难想象。
另一种可能性是，它可能是詹姆斯·韦伯最近不时捕捉到的“小红点”（Little Red Dots, LRD）的极端案例。在詹姆斯·韦伯拍摄的每一张照片角落里，似乎都潜藏着LRD，但天文学家尚不清楚它们的身份。它们可能是隐藏在宇宙深处、被厚重尘埃遮蔽的原始星系，也可能是高密度气体壳中仅包裹着超大质量黑洞的所谓“黑洞星”（Black Hole Star），即一类完全不同的天体。但即使Capotauro是黑洞星，也无法解释它为何在如此早期的阶段就已存在。
还有另一种假设可以解释第二种可能性。由于观测数据中噪声很大，光谱拟合也给出了完全不同的可能：即它是一个红移值要小得多（约为10左右）的普通星系。它可能是一个活跃星系，位于相对较近的距离，被浓重的尘埃包围，中心拥有一颗巨大而狂暴的黑洞。然而，这种活跃星系模型很难简单解释在波长极长的红外波段突然消失的极端漏选现象。
甚至还有更平凡的可能性：它可能只是我们银河系内近在咫尺的、在宇宙空间中漂浮的暗淡褐矮星或流浪行星被误认了。实际上，这些在宇宙空间中漂浮的暗红星经常伪装成宇宙尽头的星系。由于褐矮星或流浪行星的大气成分，光谱在特定区间内强度会突然减弱，看起来就像出现了极端漏选一样。如果是表面温度仅为300K（地球温度！）的Y型星，则可以解释类似的光谱。这些“干扰者”是致力于寻找早期宇宙原始星系的天文学家们必须时刻留意的。
Capotauro的身份和它的光谱一样扑朔迷离。而且它非常极端：要么是保留了宇宙9000万岁时最年轻、最稚嫩样貌的早期原始星系；要么仅仅是距离地球50光年、在近处空间漂浮的极微温褐矮星。
为了弄清楚Capotauro究竟是星系、行星，还是流浪恒星，必须获得更清晰的光谱。当然，由于距离遥远且光本身微弱，要获得有意义的光谱需要更多的观测时间。但由于詹姆斯·韦伯极其抢手且竞争激烈，在现实中很难为了观测远方的一丝微光而占用比别人更多的观测时间。
更令人头疼的是，由于该天体最初仅在波长极长的红外波段隐约可见，因此哈勃空间望远镜等其他望远镜根本无法观测到它。詹姆斯·韦伯是目前唯一能看到该天体的工具。因此，能否查明其身份，完全取决于詹姆斯·韦伯未来在该天体上投入多少观测时间。
参考
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250901664G/abstract
作者Ji Ung-bae是？热爱猫咪与宇宙。童年时看过《银河铁道999》后，立志传播宇宙之美。目前担任世宗大学自由专业学院助理教授，同时参与演讲、写作等多种科学传播活动。著有《每天一片宇宙》、《星光璀璨的宇宙科学家们》、《无法到达但能认知》、《仰望宇宙时浮现的奇怪问题》等书，并翻译了《给真正航行在宇宙中的搭便车者的指南》、《我是如何杀掉冥王星的》、《量子人生》、《Cosmigraphic》等作品。