宇宙不再对称？JWST 揭示早期星系自转的惊人偏向

宇宙浩瀚无垠，长期以来人们都认为它遵循一个基本原则：各向同性。这一原则表明，宇宙在大尺度上，在所有方向上看起来都是一样的。这一假设的一个自然结果是，宇宙的任何属性，例如星系的自旋，都应该是随机分布的，不应表现出任何偏好的方向。

然而，最近一项开创性的研究，该研究利用了詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）通过其先进深外星系巡天（JADES）所提供的无与伦比的能力，正在挑战这一长期以来的观念。一篇新的论文提出了令人信服的证据，证明早期宇宙中星系自转方向存在显著的统计学不对称性，这可能暗示着一个更加复杂，甚至可能是各向异性的宇宙景象。

研究星系的自转对于理解这些巨大结构的形成和演化至关重要。星系并非静态的实体，它们是动态系统，其中的恒星、气体和尘埃围绕中心点运行，通常形成复杂的螺旋图案。这种自转的方向，从我们的角度来看是顺时针还是逆时针，传统上被认为是早期宇宙星系形成过程中湍流过程的随机结果。在一个真正各向同性的宇宙中，我们应该观察到大致相等数量的星系以每个方向旋转。

然而，像 JWST 这样强大的望远镜的出现，为我们打开了一扇通往遥远宇宙的新窗口，使得天文学家能够以前所未有的细节探测早期星系。JADES 巡天是一项深场计划，它提供了高红移星系异常高分辨率的图像，这些星系对应于宇宙显著年轻的时期。如此丰富的数据使得研究人员能够对星系的形态进行详细分析，包括确定它们的自转方向。

这篇论文细致地分析了在 JADES 观测范围内识别出的螺旋星系的自转方向。研究人员采用了复杂的计算机辅助算法，客观地确定从我们的角度来看，星系的旋臂是顺时针还是逆时针弯曲。这种自动化方法对于最大限度地减少手动分类中可能出现的主观偏差至关重要，尤其是在处理微弱而遥远的天体时。该研究侧重于大量的星系样本，为其结论提供了可靠的统计基础。

该研究的核心发现令人震惊：分析显示，星系自转的分布存在明显的非对称性。具体而言，相对于银河系，观察到以相反方向旋转的螺旋星系数量明显高于以相同方向旋转的星系数量——大约多出 50%。这种过量，以高度的统计学显著性被识别出来，表明早期宇宙中星系自转的分布，至少在 JADES 观测到的区域内，并非随机。

这一意想不到的发现对我们理解宇宙学和星系形成具有深远的意义。如果这种不对称性确实是早期宇宙的一个真实特征，而不是观测偏差造成的，那么它就挑战了关于宇宙在大尺度上是各向同性的基本假设。这提出了宇宙中可能存在一个优先方向或轴，影响了早期星系的自旋方向的可能性。

有趣的是，这项 JWST 研究的发现与之前一些规模较小的地球望远镜观测结果相呼应。这些早期的研究曾暗示星系自旋分布存在类似的非对称性，一些研究表明这种效应在高红移下可能更加明显。JWST 通过 JADES 提供的更深、更详细的观测似乎证实了这些早期的迹象，从而加强了星系自转分布并非随机的论点。

然而，要考虑这种观察到的不对称性的潜在替代解释。一种可能性是，可能存在一些我们尚未知的微妙的观测偏差。例如，如果星系自转的物理机制以某种目前未知的方式影响星系的视亮度，这可能导致我们在遥远距离上优先探测到以某个方向旋转的星系，而不是另一个方向旋转的星系。该论文的作者承认了这种可能性，并讨论了潜在的观测效应，例如我们位于银河系内的位置所导致的多普勒偏差。需要进一步的研究来最终排除这些偏差。

另一个探索的方向在于理论宇宙学的领域。观察到的不对称性可能可以通过某些非标准宇宙学模型来解释。例如，一些替代理论，例如涉及旋转宇宙或从旋转黑洞诞生的宇宙的理论，可能自然地预测星系自旋的优先方向。虽然这些想法是推测性的，但 JWST 的发现提供了有趣的观测证据，可以为这些非传统的模型提供支持。

此外，星系自转中观察到的不对称性可能与其他未解决的宇宙学难题有关。该论文探讨了与哈勃常数（宇宙膨胀率测量值之间的差异）以及在极高红移处发现的大质量成熟星系的令人惊讶的现象之间可能存在的联系。如果控制星系自转的物理机制对亮度和红移等可观测属性产生意想不到的影响，那么它可能有助于阐明其他宇宙学异常现象。