绚烂的早期星系使天文学家震惊
在巨型星系团Abell 2744的外围，韦伯望远镜捕捉到了两个迄今为止观测到的最远星系。这些星系并不在星系团的内部，而是在它后方数十亿光年处。图中标记为1的星系（位于画面左侧），仅在宇宙大爆炸后存活了4.5亿年，标记为2的星系（位于画面右侧）则存活了3.5亿年。138亿年前，宇宙大爆炸后，两个星系的存活寿命相差不多。尽管标记为1的星系在图像中被意外拉长了，但这些早期星系的大小要远远小于我们的银河系，只有后者的百分之几。图源：NASA/ ESA/ CSA/ Tommaso Treu (UCLA)/ Zolt G. Levay (STScI)
韦伯望远镜的深空观测
仅仅启用了几天之后，美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦伯太空望远镜就将古老的早期星系带到了天文学家们的面前，而这一壮举此前所有的望远镜都无法做到。美国加州大学洛杉矶分校的托马索·特鲁是诸多韦伯项目之一的首席研究员，他说：“我们所看到的一切都是初见。韦伯望远镜向我们展示了一个非常丰富的宇宙，这远远超出了我们的想象。宇宙再一次让我们感到惊讶。这些早期星系在很多方面都很不同寻常。”
《天体物理学杂志通讯》就这一主题发表了两篇同行评议的研究论文。意大利罗马国家天体物理研究所的马可·卡斯特利亚诺领导了第一项研究，该研究于2022年10月18日发表。哈佛-史密森天体物理中心和马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院的罗翰·奈杜则领导了第二项，并于2022年11月17日发表。这些初步发现来自一个更广泛的韦伯研究计划，涉及两个早期释放科学（ERS）观测项目，即无缝光谱透镜深场巡天（GLASS）和宇宙演化早期释放科学考察（CEERS）。
震惊天文学家的早期星系
分析只进行了短短四天，研究人员就在GLASS-JWST图像中发现了两个异常明亮的星系。它们大约存在于大爆炸后的4.5亿年和3.5亿年（红移分别约为10.5和12.5年）。通过韦伯望远镜进行的光谱测量将有助于证实这一点。
天文学家认为，更遥远的GLASS星系GLASS-z12可以追溯到大爆炸后的3.5亿年。关于GLASS-z12, 奈杜说：“在韦伯望远镜发布第一批数据的几天后，我们惊奇地发现了人们所见过的最遥远的星光。”
此前，人们能够观测到的最远星系是2016年哈勃望远镜和凯克天文台联合的深空项目中发现的GN-z11，它存在于大爆炸（红移11.1年）后的4亿年。
卡斯特利亚诺说：“根据所有的预测，我们认为必须扩大搜索范围以便找到这样的星系。”
保拉·圣蒂尼（来自卡斯特利亚诺团队）认为，这些观察结果令人兴奋。这是天文学的全新篇章。就像考古挖掘，突然发现了一座失落的城市或一些未知的东西总是令人震惊的。
瑞士日内瓦大学的帕斯卡·欧施（来自奈杜团队）说：“想要知道这些古老的星系离我们到底有多远仍需用光谱来确认，它们的亮度确实是一个难题，挑战着我们对星系形成的理解。”
意料之外的亮度
韦伯望远镜的观测结果使天文学家们达成了一个共识，即早期宇宙中众多的星系要比此前预期的亮得多。研究人员说，这一认识将使韦伯望远镜在随后的深空巡天中更容易发现早期星系。
加州大学圣克鲁兹分校的加斯·伊林沃思（来自奈杜团队）说：“我们有了非常惊人的发现。这些星系可能是在大爆炸后1亿年开始聚集在一起的。没有人预料到黑暗时代会结束得这么早。原始宇宙的年龄只有现在的百分之一，这对不断演化了138亿年的宇宙而言，转瞬即逝。”
科罗拉多大学的埃丽卡·尼尔森（来自奈杜团队）表示，他们团队对能够测量早期星系的形状感到震惊，那些平静有序的圆盘让他们好奇首批星系是如何在拥挤混乱的早期宇宙中形成的。
与哈勃望远镜相比，韦伯望远镜在红外光下拍摄的图像更加清晰，这使得发现宇宙中的早期星系成为可能。特鲁说：“这些早期星系与银河系或我们今天看到的其他大星系有着天壤之别。”
为何如此闪耀？
伊林沃斯强调，团队发现的两个早期星系十分明亮。一种可能是它们非常巨大，有很多低质量的恒星，就像如今的星系一样。又或者它们的质量要小得多，但由少量异常的明亮恒星组成，即所谓的星族III恒星。长期以来的理论认为，它们是第一批诞生的恒星，形成于恒星核聚变之前，因此仅由原始的氢和氦组成，且这两种元素长期在酷热的温度下燃烧。天文学家还没有在本地宇宙中看到过如此炙热的原始恒星。
阿德里亚诺·丰塔纳（来自卡斯特利亚诺团队）说：“事实上，这些早期星系中的恒星非常致密，它们的颜色似乎表明恒星群特别缺乏重元素，甚至可能包含一些星族III恒星。当然这一切只有韦伯光谱能解释。”
科学家们通过韦伯望远镜离地球的距离来测量这两个星系的红外颜色。后续的光谱学测量会揭示膨胀的宇宙如何改变光的传播方向，这将为这些宇宙尺度测量提供独立的验证。
总结：詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到了两个极早期的星系，它们比天文学家预期的要亮得多。
BY:Kelly Kizer Whittand
FY:忙碌的北門
如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除
转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处
本文由奇点天文作者上传并发布，奇点天文仅提供文章投稿展示，文章仅代表作者个人观点，不代表奇点天文立场。
