絢爛的早期星系使天文學家震驚
在巨型星系團Abell 2744的外圍，韋伯望遠鏡捕捉到了兩個迄今為止觀測到的最遠星系。這些星系並不在星系團的內部，而是在它後方數十億光年處。圖中標記為1的星系（位於畫面左側），僅在宇宙大爆炸後存活了4.5億年，標記為2的星系（位於畫面右側）則存活了3.5億年。138億年前，宇宙大爆炸後，兩個星系的存活壽命相差不多。儘管標記為1的星系在圖像中被意外拉長了，但這些早期星系的大小要遠遠小於我們的銀河系，只有後者的百分之幾。圖源：NASA/ ESA/ CSA/ Tommaso Treu (UCLA)/ Zolt G. Levay (STScI)
韋伯望遠鏡的深空觀測
僅僅啟用了幾天之後，美國國家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡就將古老的早期星系帶到了天文學家們的面前，而這一壯舉此前所有的望遠鏡都無法做到。美國加州大學洛杉磯分校的托馬索·特魯是諸多韋伯項目之一的首席研究員，他說：「我們所看到的一切都是初見。韋伯望遠鏡向我們展示了一個非常豐富的宇宙，這遠遠超出了我們的想像。宇宙再一次讓我們感到驚訝。這些早期星系在很多方面都很不同尋常。」
《天體物理學雜誌通訊》就這一主題發表了兩篇同行評議的研究論文。義大利羅馬國家天體物理研究所的馬可·卡斯特利亞諾領導了第一項研究，該研究於2022年10月18日發表。哈佛-史密森天體物理中心和麻薩諸塞州劍橋市麻省理工學院的羅翰·奈杜則領導了第二項，並於2022年11月17日發表。這些初步發現來自一個更廣泛的韋伯研究計劃，涉及兩個早期釋放科學（ERS）觀測項目，即無縫光譜透鏡深場巡天（GLASS）和宇宙演化早期釋放科學考察（CEERS）。
震驚天文學家的早期星系
分析只進行了短短四天，研究人員就在GLASS-JWST圖像中發現了兩個異常明亮的星系。它們大約存在於大爆炸後的4.5億年和3.5億年（紅移分別約為10.5和12.5年）。通過韋伯望遠鏡進行的光譜測量將有助於證實這一點。
天文學家認為，更遙遠的GLASS星系GLASS-z12可以追溯到大爆炸後的3.5億年。關於GLASS-z12, 奈杜說：「在韋伯望遠鏡發布第一批數據的幾天後，我們驚奇地發現了人們所見過的最遙遠的星光。」
此前，人們能夠觀測到的最遠星系是2016年哈勃望遠鏡和凱克天文台聯合的深空項目中發現的GN-z11，它存在於大爆炸（紅移11.1年）後的4億年。
卡斯特利亞諾說：「根據所有的預測，我們認為必須擴大搜索範圍以便找到這樣的星系。」
保拉·聖蒂尼（來自卡斯特利亞諾團隊）認為，這些觀察結果令人興奮。這是天文學的全新篇章。就像考古挖掘，突然發現了一座失落的城市或一些未知的東西總是令人震驚的。
瑞士日內瓦大學的帕斯卡·歐施（來自奈杜團隊）說：「想要知道這些古老的星系離我們到底有多遠仍需用光譜來確認，它們的亮度確實是一個難題，挑戰著我們對星系形成的理解。」
意料之外的亮度
韋伯望遠鏡的觀測結果使天文學家們達成了一個共識，即早期宇宙中眾多的星系要比此前預期的亮得多。研究人員說，這一認識將使韋伯望遠鏡在隨後的深空巡天中更容易發現早期星系。
加州大學聖克魯茲分校的加斯·伊林沃思（來自奈杜團隊）說：「我們有了非常驚人的發現。這些星系可能是在大爆炸後1億年開始聚集在一起的。沒有人預料到黑暗時代會結束得這麼早。原始宇宙的年齡只有現在的百分之一，這對不斷演化了138億年的宇宙而言，轉瞬即逝。」
科羅拉多大學的埃麗卡·尼爾森（來自奈杜團隊）表示，他們團隊對能夠測量早期星系的形狀感到震驚，那些平靜有序的圓盤讓他們好奇首批星系是如何在擁擠混亂的早期宇宙中形成的。
與哈勃望遠鏡相比，韋伯望遠鏡在紅外光下拍攝的圖像更加清晰，這使得發現宇宙中的早期星系成為可能。特魯說：「這些早期星系與銀河系或我們今天看到的其他大星系有著天壤之別。」
為何如此閃耀？
伊林沃斯強調，團隊發現的兩個早期星系十分明亮。一種可能是它們非常巨大，有很多低質量的恆星，就像如今的星系一樣。又或者它們的質量要小得多，但由少量異常的明亮恆星組成，即所謂的星族III恆星。長期以來的理論認為，它們是第一批誕生的恆星，形成於恆星核聚變之前，因此僅由原始的氫和氦組成，且這兩種元素長期在酷熱的溫度下燃燒。天文學家還沒有在本地宇宙中看到過如此炙熱的原始恆星。
阿德里亞諾·豐塔納（來自卡斯特利亞諾團隊）說：「事實上，這些早期星系中的恆星非常緻密，它們的顏色似乎表明恆星群特別缺乏重元素，甚至可能包含一些星族III恆星。當然這一切只有韋伯光譜能解釋。」
科學家們通過韋伯望遠鏡離地球的距離來測量這兩個星系的紅外顏色。後續的光譜學測量會揭示膨脹的宇宙如何改變光的傳播方向，這將為這些宇宙尺度測量提供獨立的驗證。
總結：詹姆斯·韋伯太空望遠鏡捕捉到了兩個極早期的星系，它們比天文學家預期的要亮得多。
BY:Kelly Kizer Whittand
FY:忙碌的北門
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