詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）拍攝的早期星系圖像顯示出了意想不到的亮度，這讓我們對宇宙學的了解産生了疑問。美國西北大學的模拟結果表明，這些星系的亮度是由于零星恒星的形成，而非巨大的體積，這與目前的宇宙學模型相吻合。
強烈的閃光，而不是品質，解決了不可能的亮度之謎。當科學家們看到詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）拍攝的第一批宇宙最早星系的圖像時，他們感到非常震驚。這些年輕的星系看起來太亮、太大、太成熟，不可能在宇宙大爆炸後這麼快就形成。這就好比一個嬰兒在短短幾年内就長成了大人。
這一驚人的發現甚至引起了一些實體學家對宇宙學标準模型的質疑，懷疑它是否應該被颠覆。
銀河系亮度與品質
美國西北大學上司的天體實體學家小組利用新的模拟方法發現，這些星系的品質可能并沒有那麼大。雖然星系的亮度通常是由其品質決定的，但新的發現表明，品質較小的星系也能因不規則、燦爛的恒星形成爆發而發出同樣明亮的光芒。
這一發現不僅解釋了為什麼年輕的星系看起來具有欺騙性的品質，而且也符合宇宙學的标準模型。
這項研究發表在10月3日的《天體實體學雜志通訊》（Astrophysical Journal Letters）上。
藝術家構想的早期星爆星系。該圖像是根據用于這項研究的FIRE模拟資料繪制的，可以解釋JWST最近的研究結果。恒星和星系顯示為明亮的白色光點，而較分散的暗物質和氣體則顯示為紫色和紅色。資料來源：Aaron M. Geller，西北大學，CIERA + IT-RCDS
西北大學的 Claude-André Faucher-Giguère 是這項研究的資深作者，他說："這些星系的發現是一個巨大的驚喜，因為它們比預期的要亮得多。通常情況下，星系之是以明亮是因為它很大。但由于這些星系是在宇宙黎明時形成的，是以大爆炸後的時間還不夠長。這些巨大的星系怎麼會如此迅速地聚集在一起呢？我們的模拟結果表明，星系在宇宙黎明時形成這種亮度是沒有問題的"。
上司這項研究的孫國超補充說："關鍵是要在短時間内在一個系統中再現足夠數量的光。之是以會出現這種情況，要麼是因為系統的品質非常大，要麼是因為它有能力迅速産生大量的光。在後一種情況下，系統并不需要那麼大的品質。如果恒星的形成是在爆發中發生的，它就會發出閃光。這就是我們看到幾個非常明亮的星系的原因。"
Faucher-Giguère是西北大學溫伯格藝術與科學學院實體學和天文學副教授，也是天體實體學跨學科探索與研究中心（CIERA）的成員。Sun 是西北大學 CIERA 的博士後研究員。
了解宇宙黎明
宇宙黎明是宇宙大爆炸後大約1億年到10億年的一段時期，其标志是宇宙中第一批恒星和星系的形成。在 JWST 進入太空之前，天文學家對這段古老的時期知之甚少。
"JWST給我們帶來了很多關于宇宙黎明的知識。在 JWST 出現之前，我們對早期宇宙的了解大多是根據極少數來源的資料推測出來的。随着觀測能力的大幅提升，我們可以看到星系的實體細節，并利用這些确鑿的觀測證據來研究實體學，進而了解正在發生的事情。"
在這項新研究中，Sun、Faucher-Giguère 和他們的團隊使用了先進的計算機模拟來模拟星系在大爆炸之後是如何形成的。模拟生成的宇宙黎明星系與 JWST 觀測到的星系一樣明亮。這些模拟是相對論環境回報（FIRE）項目的一部分，Faucher-Giguère 與加州理工學院、普林斯頓大學和加州大學聖地亞哥分校的合作者共同創立了該項目。這項新研究的合作者包括來自 Flatiron 研究所計算天體實體學中心、麻省理工學院和加州大學戴維斯分校的研究人員。
FIRE模拟結合了天體實體學理論和先進的算法來模拟星系的形成。這些模型使研究人員能夠探究星系是如何形成、成長和改變形狀的，同時考慮到恒星傳回的能量、品質、動量和化學元素。
當 Sun、Faucher-Giguère 和他們的團隊運作模拟來模拟宇宙黎明時形成的早期星系時，他們發現恒星是在爆發中形成的--這一概念被稱為"爆發式恒星形成"。在像銀河系這樣的大品質星系中，恒星以穩定的速度形成，恒星的數量随着時間的推移逐漸增加。但是，當恒星以一種交替的模式形成時，就會出現所謂的爆發式恒星形成--一下子形成許多恒星，然後是數百萬年的極少數新恒星，接着又形成許多恒星。
"爆發式恒星形成在低品質星系中尤其常見，"Faucher-Giguère 說。"為什麼會出現這種情況的細節仍是正在進行的研究課題。但我們認為發生的情況是，恒星形成爆發，然後在幾百萬年後，這些恒星以超新星的形式爆炸。氣體被踢出，然後又落回，形成新的恒星，推動恒星形成的循環。但是當星系的品質足夠大時，它們的引力就會更強。當超新星爆炸時，它們的引力不足以把氣體抛出星系。引力将星系凝聚在一起，使其進入穩定狀态。"
明亮的星系和宇宙模型
模拟還能夠産生與 JWST 所揭示的相同數量的明亮星系。換句話說，模拟預測的明亮星系數量與觀測到的明亮星系數量相吻合。
盡管其他天體實體學家也曾假設，爆發性恒星形成可能是宇宙黎明時星系異常明亮的原因，但西北大學的研究人員是第一個利用詳細的計算機模拟來證明這是可能的。而且他們能夠在不增加與我們的宇宙标準模型不一緻的新因素的情況下做到這一點。
Faucher-Giguère說："星系中的大部分光線都來自品質最大的恒星。因為品質更大的恒星燃燒速度更快，是以壽命更短。它們在核反應中迅速耗盡燃料。是以，一個星系的亮度與它在過去幾百萬年中形成的恒星數量有更直接的關系，而不是與整個星系的品質有關。"