詹姆斯韦伯太空望远镜看到一个类似银河系的星系在早期宇宙中聚集在一起

我们今天在宇宙中看到的巨大星系，包括我们自己的银河系，一开始要小得多。整个宇宙在137亿年的时间里不断合并，逐渐形成了今天的巨大星系。但它们可能一开始只是星团。

为了了解最早的星系，JWST检查了它们古老的光线，寻找它们如何变得如此巨大的线索。

JWST可以有效地回溯到宇宙年龄只有现在5%左右的时候。在那个遥远的过去，最终变得与银河系一样大，甚至更大的结构的质量仅为现在的1/10,000左右。强大的红外太空望远镜可以发现哪些线索来向我们展示星系是如何变得如此之大的?

一篇新论文介绍了JWST对红移z~8.3星系的观测结果。在红移处，光已经传播了超过130亿年，并在大爆炸后仅6亿年开始了它的旅程。这个星系被称为“萤火虫闪光”，包含一个巨大的星团网络，这些星团是星系如何生长的证据。

这篇论文是《萤火虫的闪光：600迈尔旧宇宙中银河系型星系组装的最早阶段》。主要作者是拉米亚·莫拉(LamiyaMowla)，他是韦尔斯利学院的观测天文学家、物理和天文学助理教授。该论文已在arXiv上预印本，尚未经过同行评审。

尽管JWST的力量很大，但这个遥远而古老的星系只能通过巨大的前景星系团的引力透镜才能看到。透镜使萤火虫闪光看起来像弧线。另外两个星系也在附近，称为萤火虫BF(最好的朋友)和萤火虫NBF(新最好的朋友)。

作者写道：“萤火虫闪烁展现了未来银河系型星系在其最早、气体最丰富的形成阶段捕获的特征。”这个年轻星系的质量集中在10个星团中，范围从大约20万个太阳质量到63万个太阳质量不等。据作者称，这些星团“横跨低质量星系和高质量球状星团之间的边界”。

这些星团很重要，因为它们是星系如何生长的线索。研究人员能够测量星团的年龄及其恒星形成历史。他们发现，它们大约在同一时间经历了恒星形成的爆发。“星团年龄表明，它们与恒星形成历史紧密相关，显示最近的星暴可能是由与距离萤火虫闪光约2kpc的投影距离具有相同红移的伴星系相互作用引发的。”

相互作用星系有两个候选者：萤火虫最好的朋友(BF)和萤火虫新最好的朋友(NBF)。但NBF距离大约13kpcs，而BF距离大约2kpcs，因此BF可能是相互作用者。“在靠近邻近星系的弧角处可以看到微弱的低表面亮度特征，这暗示着两个星系[FS和BF]之间可能存在相互作用，这可能引发了它们两个星系的恒星形成爆发，”解释道研究人员。

研究人员特别关注中心星团。他们发现温度极高，约为40,000开尔文(40,000°C;72,000°F)。它还具有头重脚轻的初始质量函数，这是它在金属非常贫乏的环境中形成的信号。这些观测结果和其他证据表明，萤火虫闪闪发光很可能是像我们这样的星系的祖先。出于这些原因，“……萤火虫闪光提供了一个前所未有的案例研究，研究类银河系在只有6亿年历史的宇宙中形成的最早阶段，”作者写道。

幸运的是，这些结果背后的研究人员拥有强大的超级计算机模拟来比较观察结果。它的名字叫IllustrisTNG。这是基于宇宙综合物理模型的大规模宇宙磁流体动力学模拟。IllustrisTNG进行了3次运行，分别称为TNG50、TNG100和TNG300。研究人员将他们的结果与TNG50进行了比较。

发现这些古老的星团很有趣，但我们不能假设它们会完好无损地幸存下来。有潮汐力和蒸发力在起作用。作者研究了各个星团的稳定性以及它们随时间的变化情况。

作者解释说：“预计这些星团中的大多数将存活到当今的宇宙，并会膨胀，然后分裂形成恒星盘和星系的光环。”“他们生存的唯一方法就是被踢到很远的地方，远离银河系密集的潮汐场。”那些被踢出的星团可能会以球状星团的形式存在。

詹姆斯韦伯太空望远镜的主要科学目标之一是研究星系在早期宇宙中如何形成和演化。通过找到仍在形成星团的星团，太空望远镜正在实现其目标。

作者总结道：“萤火虫闪光代表了JWST对在高红移下聚集的极度透镜星系的首次分光光度观测之一，其中的星团正在形成过程中，而不是在后来的时代中看到的。”