在熱大爆炸的最初時(shí)刻，宇宙形成了單獨(dú)的質(zhì)子和中子，然后這些質(zhì)子和中子在最初的幾分鐘內(nèi)融合在一起，形成了宇宙中第一批元素。我們相信，通過(guò)各種各樣的推理，我們知道在宇宙形成一顆恒星之前，這些元素的比例是多少。按質(zhì)量計(jì)算，宇宙是由75%的氫、25%的氦組成。當(dāng)我們看到氧和碳元素的時(shí)候，這表明我們所看到的恒星之前已經(jīng)有了更早的“第一代”恒星。

在目前觀測(cè)的極限下，我們已經(jīng)在132億年前發(fā)現(xiàn)了黑洞，它們的質(zhì)量相當(dāng)于太陽(yáng)的約10億倍，當(dāng)時(shí)宇宙的年齡只有現(xiàn)在的5%左右。這些早期黑洞是如何迅速變得如此巨大的？對(duì)我們目前的理論來(lái)說(shuō)，解釋我們所看到的是一個(gè)挑戰(zhàn)。例如，我們需要在大爆炸后大約1億年形成一個(gè)質(zhì)量約為太陽(yáng)10000倍的“種子”黑洞，然后它需要以物理上允許的最大速率成長(zhǎng)，才能變成我們所看到的超大質(zhì)量黑洞。

其結(jié)果揭示了星系的非隨機(jī)聚集，幫助我們了解宇宙的引力歷史、生長(zhǎng)和演化，同時(shí)也揭示了暗物質(zhì)必要性的另一條證據(jù)。詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡將利用其紅外儀器繪制0.6平方度的天空，揭示出即使是哈勃也無(wú)法看到的星系。如果我們想要了解星系是如何在宇宙時(shí)間中成長(zhǎng)和演化的，以及它們是如何聚集在一起的，以推斷將宇宙聚集在一起的暗物質(zhì)網(wǎng)，韋布將會(huì)給我們一個(gè)前所未有的有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

宇宙的最深處

第二個(gè)限制是，星系間空間中有中性原子吸收光，至少在我們宇宙歷史的最初5.5億年間如此。這兩個(gè)因素都限制了我們目前最深處的望遠(yuǎn)鏡所能看到的東西。

再電離并不是一下子發(fā)生的，而是一個(gè)逐漸發(fā)生的過(guò)程。當(dāng)恒星形成時(shí)，它們發(fā)出紫外線輻射，電離它們遇到的中性原子。早期，那些新形成的離子和電子仍然可以重新組合，但后來(lái)，宇宙已經(jīng)膨脹到足以使它們不再頻繁地相遇。我們有模擬告訴我們?cè)匐婋x過(guò)程是如何進(jìn)行的，但只有詹姆斯·韋布能夠探測(cè)到?，F(xiàn)在，再電離前的時(shí)代被稱為“宇宙黑暗時(shí)代”，但韋布將第一次讓所有人看到它。

行星系統(tǒng)是如何形成的

說(shuō)到我們發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)行星，你可能會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)我們從來(lái)沒(méi)有真正“見(jiàn)過(guò)”。我們目前發(fā)現(xiàn)的絕大部分系外行星都是通過(guò)間接證據(jù)，例如徑向速度法、凌日法等。而詹姆斯·韋布在太空中的位置，它的紅外線眼睛，以及直徑6.5米的主鏡，可以對(duì)大小為1.5倍地球的系外行星直接成像。