天文学家在早期宇宙中发现富含金属的星系

扫描美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)拍摄的著名早期星系的第一张图像时，康奈尔大学的天文学家很感兴趣地在其外缘附近看到了一团光。

他们最初的焦点，也是红外天文台的目标，是SPT0418-47，它是早期宇宙中最亮的尘埃星系之一，它遥远的光线被前景星系的引力弯曲并放大成一个圆圈，称为爱因斯坦环。

但是，深入研究去年秋天发布的早期JWST数据，我们得到了一个偶然的发现：一个伴星系以前隐藏在前景星系的光之后，令人惊讶的是，这个伴星系似乎已经容纳了多代恒星，尽管它很年轻，估计只有1.4颗恒星。十亿岁。

“我们发现这个星系的化学成分非常丰富，这是我们没有人预料到的，”负责数据分析的天文学博士生彭博说。“JWST改变了我们看待这个系统的方式，并开辟了新的场所来研究恒星和星系在早期宇宙中是如何形成的。”

Peng是“在JWST早期发布科学数据中发现尘埃、化学成熟的z~4Starburst星系伴星”的主要作者，该论文于2月17日发表在《天体物理学杂志快报》上，八位合著者是现任或前任成员文理学院天文系主任。

智利的阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)捕获的同一个爱因斯坦环的早期图像包含由JSWT清楚地分辨出的伴星的迹象，但它们只能被解释为随机噪声，AmitVishwas博士说.D.'19，康奈尔天体物理学和行星科学中心(CCAPS)的助理研究员，也是该论文的第二作者。

通过研究JWSTNIRSpec仪器图像每个像素中嵌入的光谱数据，Peng确定了环内的第二个新光源。他确定这两个新来源是一个新星系的图像，该星系被负责创建环的同一个前景星系引力透镜化，尽管它们要暗8到16倍——这证明了JWST红外视觉的力量。

对光的化学成分的进一步分析证实，来自氢、氮和硫原子的强发射线显示出类似的红移——衡量一个星系随着距离越来越远，有多少光延伸到更长、更红的波长。这使得这两个星系与地球的距离大致相同——计算为大约4.2的红移，或宇宙年龄的10%左右——并且在同一邻域内。

为了验证他们的发现，研究人员回到了早期的ALMA观察。他们发现电离碳的发射线与JWST观察到的红移非常匹配。

“这真的很明确，”Vishwas说。“因为我们有几条发射线移动了完全相同的量，所以毫无疑问这个新星系就是我们认为的地方。”

研究小组估计，他们标记为SPT0418-SE的伴星系与环的距离在5千秒差距以内。(麦哲伦星云是银河系的卫星，距离我们大约50千秒差距。)这种接近表明星系必然会相互作用，甚至可能会合并，这一观察有助于了解早期星系可能如何演化成较大的。

与早期宇宙中的星系相比，这两个星系的质量适中，“SE”相对较小且尘埃较少，使其看起来比极度被尘埃遮蔽的环更蓝。根据具有相似颜色的附近星系的图像，研究人员认为它们可能存在于“一个巨大的暗物质晕中，其邻居尚未被发现。”

考虑到这些星系的年龄和质量，最令人惊讶的是它们的成熟金属丰度——比氦和氢重的元素数量，如碳、氧和氮——研究小组估计它们与我们的太阳相似。太阳大约有40亿年的历史，并且从前几代恒星那里继承了大部分金属，大约有80亿年的时间来建造它们，与此相比，我们在宇宙还不到15亿年的时候观察这些星系岁。

“我们看到至少几代恒星在宇宙存在的第一个十亿年内生存和死亡的残余物，这不是我们通常看到的，”Vishwas说。“我们推测，在这些星系中形成恒星的过程一定非常高效，并且在宇宙中很早就开始了，特别是为了解释测得的氮相对于氧的丰度，因为这个比率是衡量恒星代数的可靠指标活过也死过。”

研究人员已经提交了一份关于JWST观测时间的提案，以继续研究环及其伴星，并协调光学和远红外光谱之间观察到的潜在差异。

“我们仍在研究这个星系，”彭说。“这些数据还有更多值得探索的地方。”