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已知最古老星系、“暗星”，2023年韦布望远镜动摇宇宙学理论的发现
2023年韦布望远镜令我们惊喜连连。接下来让我们看看它都发现了什么有趣的信息。
一位艺术家绘制的韦布望远镜运行的概念图
（图源：Northrop Grumman）
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1.韦布望远镜以一个全新的视角观察太阳系
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2.邻近的地外行星拥有丰富的可支持生命的分子
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3.韦布发现的最小物体
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4.韦布在早期宇宙中发现了神秘的大型星系
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5.关于宇宙膨胀速率的一场激烈辩论
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6.将目光聚焦在第一代超大质量黑洞上
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7.原始星系中的复杂有机分子
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8.没错，梅茜星系是已知最早的星系之一
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9.有史以来发现的最远超大质量黑洞
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10. 韦布重新发现了一个鬼魅般的星系
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11.JWST发现了三个可能是传说中的“暗星”
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12.最早期的星系可能与银河系惊人的相似
三年前的圣诞节的早晨，天文学家和天文爱好者们收到了一个他们等待了三十年的礼物：詹姆斯韦布望远镜（JWST）的发射，世界上探索宇宙中最早期恒星和星系最大规模，最大胆的尝试。
这架望远镜仍在持续为我们提供激动人心，且具有极高科学价值的照片。这里是对JWST在2023年改变我们对宇宙的理解的成果的回顾。
（图像来源NASA，ESA，CSA，STScI，Ricardo Hueso (UPV)，Imke de Pater (加州大学伯克利分校), Thierry Fouchet (巴黎天文台), Leigh Fletcher (莱斯特大学), Michael H. Wong (加州大学伯克利分校), Joseph DePasquale (STScI))
虽然JWST的目标是观察一些宇宙最早期的恒星和星系，它为我们展现的太阳系的新面貌绝对可以用激动人心来形容。
比如这张十月份的照片，揭示了一条木星上从未被发现的（尽管它有4800公里宽），以约320英里每小时（515km/h）的速度运动的高速气流。
再倒退到六月，JWST第一次在木星的冰卫星欧罗巴的咸水海洋里发现了二氧化碳。它还在这张照片里提供了一个观察土星的新角度，包括这个气态巨行星精致的环和它146个已知卫星中的三个。在JWST红外波段的眼中，由于其波段，土星呈现了怪异的暗色。“气体甲烷几乎吸收了所有照在大气层上的阳光，”NASA表示。
这架强大的望远镜还拍摄了这张（根据语句，此处应有一张JWST拍摄的海王星图像，可能是原文中缺失，或可将“这张”删去）十分惊人的天王星与其最亮的卫星们和13个已知尘埃环中11个的影像。
阅读更多：詹姆斯韦布望远镜在木星上发现了强于第五类飓风的气流
一个艺术家描绘的K2-18b（图源：ESA/Hubble, M. Kornmesser）
在九月，JWST在一颗相对临近的地外行星K2-18b的大气层中发现了甲烷和二氧化碳。这颗行星比地球大，但小于太阳系中的巨行星，正环绕着一个距离我们120光年的低温恒星旋转。
此前，根据哈勃望远镜的观察，K2-18b可能是一个hycean（“氢海”）行星，拥有浓密，富氢的大气，和下方具有液态水的海洋。最近JWST的观测支持这个假说，因为新的数据表明那里有丰富的甲烷和二氧化碳，与少量氨。
“这些是仅仅两次对于K2-18b观测的成果，还有更多任务等待完成。”研究合著者萨瓦斯·康斯坦提诺，一位剑桥大学的天文学家在一份报告中说到。“这意味着我们目前的工作只是初步表明了韦布有能力观测宜居带地外行星。”
阅读更多：詹姆斯韦布望远镜的发现：地外行星的表面可能覆盖有海洋
一位艺术家描绘的深空中一颗不规则小行星（图源：N。巴特曼（ESA/韦布），ESO/M.科梅萨与S.布鲁尼尔（skyservey.org））
在二月，韦布对于小行星带中的小天体的意外发现使科学家们感到兴奋。那片区域中的大多数天体都被认为是太阳系形成早期的遗物，因此包含着诱人的关于太阳系演化的信息。
其它望远镜难以发现直径小于一英里的小行星，所以这个发现更体现了韦布望远镜的用处。
阅读更多：韦布望远镜偶然发现了它目前最小的目标——一个小行星
六个可能会迫使科学家们重写宇宙学理论的星系（图源：NASA，ESA，CSA，I.LABBE）
二月，科学家们宣布韦布发现了一些具有和银河系相当质量，且存在于在大爆炸后仅仅5-7亿年的星系。按照现有的理论，这些星系过于庞大，其中的老年恒星也年龄过大，以至于研究者们说此发现“为科学制造了一些问题”。
“它使整个宇宙早期星系演化理论产生了问题，”研究合著者乔尔·利杰，一位宾州州立大学的天文学家在一份报告中说。
（此处应有一张下方文字描述的NGC5584的照片）
由NASA的NIRcam（近红外相机）与哈勃WFC3（广角相机3）的联合观测产生的7200万光年外的螺旋星系NGC5584的影像（图源：NASA，ESA，CSA，A。里斯（STScI））
我们知道，宇宙一直在加速膨胀，但我们不知道具体有多快。这个问题已经成为了一场聚焦于哈勃常数具体数值的辩论。目前，模型预测的哈勃常数与实际观察并不吻合。
2023年，JWST观测了一系列造父变星。这些巨大的恒星通常具有太阳10万倍的亮度，也是测量距离（从而得出宇宙的膨胀速率）的可靠工具。但韦布的观测数据不仅没有帮助解决关于哈勃常数的争论，反而使其加剧。
“我并不关心哈勃常数的数值。”一位约翰霍普金斯大学的天文学家，诺奖得主亚当·里斯说道。“我想搞清楚为什么我们最好的工具——两个最高标准的工具会自相矛盾。”
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韦布拍摄的奇怪星系HSC J2236+0032（图源：Ding, Onoue, Silverman, et al.）
2023年，JWST帮助天文学家们观测了两个可能是最早的超大质量黑洞之一诞生的早期星系。韦布观测到的是它们在宇宙还不到十亿年时的样子，这些数据能展示黑洞们是如何逐渐获得难以估量的质量的（通常是太阳的数百万甚至数十亿倍）。
阅读更多：詹姆斯韦布望远镜看到了来自类星体的第一缕光，并有十分炸裂的发现。
天文学家利用JWST在上图中的遥远星系里发现了类似烟雾的复杂有机分子存在的证据。在这张假彩色图像中，蓝色的是前景星系，而红色表示背景星系。有机分子用橘色标出。（图源：J. Spilker / S. Doyle, NASA, ESA, CSA）
六月，天文学家们透露韦布已探测到距今120亿年前，宇宙只有当前年龄的十分之一时的碳基分子，与地球上现存的煤炭和石油中所含的的碳基分子类似。在空间中，这些分子会与宇宙尘埃相结合。以往由于设备限制，想要探测到它们具有挑战。但是，“韦布把探测有机分子变得实在太简单，”贾斯汀·斯派克，一位德州农工大学的天文学家告诉Space.com。
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由韦布在2023年早些时候拍摄的梅茜星系（图源：NASA/STScI/CEERS/TACC/ University of Texas at Austin/S. Finkelstein/M. Bagley）
这个模糊的橙色斑点由JWST摄于2022年夏天，被命名为梅茜星系。而在2023年八月，天文学家宣布这是已发现最早的星系之一。作为四个已知最早的星系之一，它大概在宇宙只有3.9亿年时就存在了。
“这是以前我们未曾探索和发现的领域，我们不知道星系如何形成，也不知道它们看上去是什么样，直到我们有了韦布，”研究著者史蒂芬·芬克斯坦，一位德州大学奥斯汀分校的天文学家对Space.com说。
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一张名为“宇宙演化早期发布科研项目”的包含超100,00（也许有误）个星系的全景图。（图源：图像: NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (UT Austin), Micaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin). 后期: Alyssa Pagan (STScI)）
2023年七月，天文学家们宣布JWST发现了已知最远的活跃超大质量黑洞，其宿主星系在大爆炸后仅5.7亿年就形成了。但是这个古老的黑洞质量却异常小——只有900万倍太阳质量。作为对比，大部分这类宇宙怪兽质量都超过10亿太阳质量。“解释它为什么能在宇宙形成后如此短的时间内出现依旧十分困难。”研究人员说道。
阅读更多：JWST发现了已知最远的活跃超大质量黑洞
JWST拍摄的AzTECC71星系。（图源：McKinney/M. Franco/C. Casey/德州大学奥斯汀分校）
韦布拍摄的这个深嵌尘埃云中的模糊星系最近引起了天文学家们的兴趣，一部分是由于它诞生于大爆炸后9亿年，正值第一代恒星产生的时期。但他们还对这个星系即将揭示的科学信息十分感兴趣。“它的发现暗示还有一大批我们从未发现的星系。”杰德·麦金尼，一位德州大学奥斯汀分校的天文学家在一份报告中说到。
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JWST发现的三个可能产生于暗物质粒子互相湮灭的物体。（图源：NASA/ESA）
七月，天文学家们报告韦布可能发现了三个“暗星”，此名称来自死之华乐团的歌曲Dark star。这些“恒星”本来在2022年被韦布认定为星系。
“当我们回顾JWST的数据时，认为这些物体的身份有两种可能性，”凯瑟琳·弗里斯， 一位德州大学奥斯汀分校的物理学教授表示。“一个是包含数百万普通的第三族恒星，另一个就是暗星。置信与否，一颗暗星的亮度可以媲美一个星系。”
天文学家相信这类恒星由暗物质驱动。暗物质构成宇宙85%的物质，但却无法用望远镜观测到。研究者表示，如果暗星确实存在，那么它们将解答为什么韦布观测到在宇宙早期能产生如此多大型星系。
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JWST最新发现的类似银河系的宇宙早期星系。每一排都是JWST在不同波长下观测的不同星系。（图源：L. Ferreira, C. Conselice）
根据星系演化理论，由于太过年轻，宇宙中最早的一批星系无法形成明显的细节，如旋臂，棒状结构和环；天文学家认为这些更复杂的结构在大爆炸后约60亿年才会出现。但2023年，韦布发现拥有这些精细形状的星系在宇宙诞生37亿年后就可能已经存在了。
“基于这些观察结果，天文学家们必须重新思考我们对初代星系形成的理解和星系是如何在过去100亿年间演化的。”一位曼彻斯特大学的教授，研究合著者克里斯托弗·孔塞利切表示。
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BY: Sharmila Kuthunur
FY: torreya
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