当密苏里大学天文学家颜浩京团队在詹姆斯韦伯太空望远镜的海量数据中筛选时，他们发现了九个让人摸不着头脑的天体。这些东西像恒星一样呈点状，像类星体一样明亮，却又表现出星系的光谱特征。它们不符合任何已知天体的分类标准。

　　研究团队给这批古怪天体起了个形象的绰号，宇宙鸭嘴兽。就像澳洲鸭嘴兽集鸭嘴、海狸尾、毒刺和电感受能力于一身，这些天体也把一堆本不该共存的特征混搭在一起。

　　这些天体来自宇宙极早期，距今约120亿到126亿年前，那时宇宙年龄还不到20亿岁。它们的红移值介于3.6到5.4之间，这意味着它们形成于星系演化的关键时期。

　　打破所有分类规则

　　密苏里大学团队在分析这些天体时发现，它们的每一项特征都在挑战现有理论。首先是外观，它们看起来几乎是完美的点光源，这通常是遥远类星体的标志。类星体是由超大质量黑洞驱动的极其明亮的天体，因为距离太远而无法分辨结构细节。

　　这些插图框展示了天文鸭嘴兽样本中九个天体中的四个的特写。总的来说，这九个天体具有多种多样的属性，无法将它们简单地归入任何一类，而是呈现出星系、类星体和活动星系核的混合体特征，没有哪一类天体能够完全符合所有观测到的属性。

　　但问题来了。当研究人员用光谱学分析这些天体的光线时，它们显示的是窄发射线，而非类星体特有的宽发射线。类星体周围物质高速旋转，速度可达光速的十分之一甚至更高，这种运动会导致发射线变宽。窄发射线通常意味着物质运动相对缓慢，这更符合正在形成恒星的星系特征。

　　第二个矛盾点是亮度。这九个天体比典型类星体暗淡得多，却又比普通星系明亮。它们的光谱能量分布中，有八个与星系吻合，只有一个符合活动星系核的特征。

　　这张深空图像由CEERS合作组使用JWST的近红外相机（NIRCam）拍摄。图像仅覆盖了其整个视场的约2%，却同时包含了近邻、中等距离和遥远的星系，总曝光时间仅为1小时。最蓝的星系通常代表距离我们最近的星系，而较红的星系则要么距离更远，要么本身就含有大量尘埃。值得注意的是，点状天体非常罕见，而延展性天体（即已知和已识别的星系）则十分常见。

　　第三个怪异之处在于，它们没有可识别的宿主星系。通常情况下，即使是高红移的活动星系核，经过足够深度的成像后，也能分辨出其所在的星系结构。但这些鸭嘴兽天体周围什么都没有，就像孤零零悬浮在宇宙中的亮点。

　　婴儿星系还是全新物种

　　颜浩京团队提出了一个大胆的假设，这些天体可能代表了星系演化的一个全新阶段。如果它们确实是星系，那么它们的质量相当于约3亿颗太阳，与小麦哲伦星云相当。它们的恒星族群极其年轻，形成时间不超过1亿到2亿年。

　　更关键的是，这些天体的重元素丰度极低。氧元素的丰度只有银河系的16%到50%，这表明它们内部只经历过少数几代恒星的演化。每年形成的新恒星质量略低于2个太阳质量，速率并不算快，但足以维持持续的星光输出。

　　这九个面板展示了已识别的九个鸭嘴兽状天体的图像印记和光谱，其以波长和振幅为函数。灰色方框中的图像边长仅为 1.6 角秒，红色圆圈的半径为 0.64 角秒。最左侧的两个方框代表哈勃望远镜的数据，其余方框均代表詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的数据。图中标记了氧和氢的发射线。

　　如果这个解释成立，那么这些鸭嘴兽天体可能是宇宙中最年轻、最致密的星系。它们刚刚从原始气体云坍缩而来,核心区域密度极高，以至于在韦伯望远镜的视野中看起来像个点。随着时间推移，它们会逐渐膨胀、演化，最终变成我们今天看到的成熟星系。

　　这种演化路径在理论上早有预测。主流星系形成模型认为，早期宇宙中的大质量气体云会经历整体坍缩，在中心区域迅速点燃第一代恒星。但这个阶段从未被直接观测到，因为它太短暂、太黯淡，直到韦伯望远镜问世才有可能捕捉。

　　另一种可能性

　　当然，星系只是一种解释。还有科学家认为，这些天体可能是一种全新类型的活动星系核，低光度、无宿主、呈点状的第二类活动星系核。传统的第二类活动星系核会显示窄发射线，但它们都是延展天体，能够清晰看到周围的星系结构。

　　这张图展示了一小部分星系（图中以星系 CEERS 4233-42232 为例）光谱中一个显著的窄峰，这一特征引起了研究人员的注意。这些星系之所以引人注目，是因为它们光谱比预期更窄，而且呈现出微小的点状外观。通常，遥远的点状光源是类星体，但类星体的光谱形状要宽得多。

　　如果鸭嘴兽天体真的是活动星系核，那就意味着超大质量黑洞可以在极小、极年轻的星系中快速成长。这将挑战黑洞与星系共同演化的经典理论，后者认为黑洞质量与星系质量之间存在严格的比例关系。

　　还有一个更激进的想法，这些天体可能根本不属于任何现有类别，而是一种全新的宇宙现象。宇宙早期的物理条件与今天截然不同，气体密度更高、温度更极端、金属丰度更低。在那样的环境中，或许会诞生一些在今天无法存在的独特天体。

　　韦伯望远镜的意外收获

　　这批鸭嘴兽天体的发现，是韦伯望远镜不断颠覆天文学认知的又一例证。自2022年正式运行以来，这台耗资100亿美元的红外巨眼已经找到了一系列匪夷所思的天体。

　　图中所示的九个鸭嘴兽状天体是在出现强发射线特征的特定波长下观测到的。这些谱线的宽度包含了发射气体的温度或运动信息，表明存在一些窄发射线，这些发射线并非类星体的特征，但有时会在第二类活动星系核（AGN）中出现。

　　小红点星系就是另一个著名案例。这些极其致密的红色天体出现在宇宙历史的同一时期，同样具有难以解释的特征。有些显示出活动星系核的迹象,有些则完全没有。它们的质量很大但体积极小,密度高到不可思议。哈佛史密森天体物理中心最近提出，缓慢旋转的暗物质晕或许能解释这些小红点的形成。

　　鸭嘴兽天体与小红点星系的共同点在于，它们都挑战了我们对早期宇宙的理解。传统理论认为，星系是从小到大逐渐生长的，黑洞也需要漫长时间才能长到超大质量。但韦伯望远镜的观测表明，宇宙早期可能比我们想象的更加复杂、更加多样。

　　这是詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的点扩散函数，正如2007年的一份文件中预测的那样。主镜为六边形（而非圆形），由18个六边形拼接而成，每个六边形之间有约4毫米的间隙；此外，还有三根支撑杆固定副镜。所有这些因素共同作用，导致JWST成像的明亮点光源周围出现一系列不可避免的尖峰。许多JWST的仪器科学家亲切地称这种图案为“噩梦雪花”。

　　等待最终答案

　　颜浩京团队正在计划更深入的后续观测。更高分辨率的光谱、覆盖更宽波长范围的成像、以及对更多类似天体的搜索，都将帮助揭开鸭嘴兽的真实面目。

　　值得一提的是，生物学上的鸭嘴兽也曾经历类似的科学历程。1799年，当第一批鸭嘴兽标本被送到欧洲时，几乎所有博物学家都认为这是骗局。直到数十年后，科学家才确认它是单孔目哺乳动物的一员，并通过化石记录发现，这个家族在9500万年前的白垩纪就已经存在。鸭嘴兽之所以看起来古怪，是因为它是该家族唯一幸存到今天的物种。

　　或许有一天，当我们真正理解了这些宇宙鸭嘴兽的本质，它们也会从离奇古怪变成理所当然。那将是天文学又一次激动人心的突破时刻。

　　编辑：陈方

　　一审：李慧

　　二审：汤世明

　　三审：王超