詹姆斯·韦伯(James Webb)太空望远镜可以在宇宙的地平线上看到星系吗?

科技作者 / 姓名 / 2025-06-16 00:36
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自2022年开始将数据发送回地球以来,James Webb太空望远镜(JWST)极大地影响了天文学,其最革命性的成就之一就是观察到有史以来

自2022年开始将数据发送回地球以来,James Webb太空望远镜(JWST)极大地影响了天文学,其最革命性的成就之一就是观察到有史以来最遥远的星系。但是,因为光不会立即传播—而是在真空中以每秒约3亿米(9.85亿英尺)的速度移动;我们看不到今天的那些星系,但是就像数十亿年前一样。 

此外,我们的宇宙估计有138亿年的历史。因此,我们应该假设我们希望看到的最遥远的银河系距离酒店不超过138亿光年。(一年中的距离光线是一年的光线)。这一点应该是各种各样的“宇宙范围”—除此之外,没有望远镜可以看到。而且,由于没有什么比C更快地穿越空间的地方,这意味着在距离138亿光年的情况下,绝不应该有一个超过138亿光的银河系,并且越来越多的距离可能会影响地球。正确的? 

错误的。如果只有宇宙那么简单。

亚利桑那大学天文学家杰克·赫尔顿(Jake Helton)也是JWST Advanced Advanced Deep Deep turgalactic Survey(Jades)团队的一部分:“宇宙学的视野是可以检索信息的最大距离。”

赫尔顿继续说:“有几种不同的宇宙学视野,它们具有不同的定义,并取决于各种宇宙学的数量。这里最相关的是宇宙学范围,这是光在宇宙时代可以传给我们的最大距离。这定义了可观察到的宇宙边缘。”

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2024年3月,Jades科学家透露,强大的望远镜发现了Jades-GS-Z14-0,这是有史以来最遥远和早期的星系人类。然而,悖论是Jades-GS-Z14-0位于约338亿光年。 

我们怎么能看到从一个物体中看到的光,所以宇宙不够老,无法允许它到达我们?Jades-GS-Z14-0的位置338亿光年是否意味着我们看到了它,因为它是338亿年前的,这肯定会挑战宇宙年龄的估计?

不是这样。同样,这是证据表明宇宙有一种在其头上得出明智和合乎逻辑的结论的方法。 

“如何观察到像Jades-gs-Z14-0这样的遥远的星系,因为它离我们超过138亿光年,而且它的光似乎比宇宙时代要花费更多的时间才能到达我们?”赫尔顿用修辞问。“答案是宇宙的扩展。”

如果宇宙只静止不动,那么在338亿光年的星系中,将需要338亿年的光线才能到达我们,那就是这样。但是,在1900年代初期,埃德温·哈勃(Edwin Hubble)发现,遥远的星系似乎正在彼此退缩,而距离越远,他们走得越快。换句话说,宇宙不是静态的。它正在扩展。

这在1998年变得更加复杂,因为20世纪的两个独立的天文学家团队观察到,宇宙不仅在扩大,而且这种扩张也在加速。负责的部队是一个谜,但已被占有占位符的“黑能”。

在宇宙的138亿年历史中,有两个主要和不同的扩张时期。第一个是快速宇宙通货膨胀的初始时期,现在通常称为“大爆炸”。 

这个通货膨胀时期的宇宙体积增加了10^26(10零,其次是25个零)。这相当于您的指甲从以每秒1纳米生长到突然增长10.6光年(62万亿英里)的长度。目前,宇宙以能量为主,这一时期被称为能量主导的时期。

接下来是大爆炸后47,000年开始的物质主导的时期。最终,通用膨胀使宇宙变得足够冷却以使质子从夸克和胶子形成,然后质子与电子键合形成第一个氢原子,该原子形成了第一批恒星和星系。在此期间,宇宙的大驱动式扩张减慢到了近停止。

当宇宙年龄不到100亿年时,以物质为主导的时期达到了惊人的结局。目前,宇宙突然开始迅速扩展。另外,这种扩展变得越来越快,甚至今天继续加速。宇宙的第三个重要时期称为黑暗能源为主时代。这是我们目前所在的时代。

得益于这些宇宙扩张的时期,Jades-GS-Z14-0的光实际实际上只是前往JWST和Earth持续了135亿年,尽管它的消息来源现在远远超过135亿光年。这意味着JWST看到Jades-GS-Z14-0,因为大爆炸距离大爆炸发生了3亿年。没有宇宙的扩展,Jades-GS-Z14-0仍然在135亿光年之外,尽管它仍然会经历较小的本地动作,并且可以将其更加接近或从附近的星系中移动。但是,这种银河运动本来就远不及宇宙膨胀所引起的那种运动。

根据Helton的说法,宇宙学的地平线或“光子范围”是一个边界,距离为461亿光年,这是宇宙膨胀所决定的。这是我们无法“看到”银河系的实际视野。Galaxy Jades-GS-Z14-0确实在该视野内。

为了避免混乱,天文学家实际上使用了两个距离测量量表:共同移动距离,消除了宇宙作为因素的扩展和包括宇宙的适当距离。这意味着Jades-GS-Z14-0的共同移动距离为135亿光年,而其适当距离为338亿光年。

但是,Jades-GS-Z14-0以及其他遥远和古老的星系并不总是可见。

JWST可以看到Jades-GS-Z14-0的事实意味着它曾经与地球和我们当地的宇宙“因果关系”。换句话说,Jades-GS-Z14-0的信号有可能以银河系的方式到达我们,因此,在这个现代的宇宙时代,在我们的星系中存在的这个星系中的“原因”可能会产生“效应”。

赫尔顿说:“任何可观察到的星系都必须在粒子范围内,并且必须在宇宙历史上的某个时刻与我们有因果关系。”

但是,情况不再如此。像Jades-GS-Z14-0和其他Jades发现的星系这样的星系现在如此遥远,并且由于黑暗能源而被如此迅速地驱逐出境,以至于今天发出的信号都无法到达我们。这是因为光子范围以光速远离我们,但是对于真正遥远的物体,银河系与这些星系之间的空间比光速更快。这似乎是令人难以置信的,因为爱因斯坦的特殊相对论理论将光的速度视为普遍的速度限制。但是,这是对物体在空间中移动的对象的规则,而不是空间本身结构的规则。

在地球和人类之后的大约2万亿年中,宇宙的扩展意味着,无论智能物种以银河系的方式取代我们(如果有人这样做),将无法看到我们本地群体以外的任何星系;直径约为1000万光年。 

这是一个清醒的思想,这意味着人类生活在宇宙历史上的独特点,在我们看来,最遥远的星系仍在我们看来。与可能跟随我们的任何聪明人生相比,我们能够更多地了解宇宙及其起源。包括Helton在内的天文学家打算使用JWST充分利用这种宇宙特权。

赫尔顿说:“与JWST合作,Jades合作真是令人难以置信。”“与JWST一起写有关科学的论文,就像我最近在Jades-GS-Z14-0上的论文一样,是我研究生涯中最有意义,最激动人心的经历。”

最初发布 space.com

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