详细图片显示早期宇宙中星系的生长比最初想象的要快得多

天文学家目前正处于一个富有成果的发现时期，正在研究早期宇宙的许多奥秘。詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)是美国宇航局哈勃太空望远镜的后继者，其成功发射突破了我们所能看到的极限。

现在的观测正进入大爆炸后的第一个5亿年，当时宇宙的年龄还不到当前年龄的5%。对于人类来说，这一次将宇宙牢牢地置于幼儿阶段。

然而，我们正在观测的星系肯定不是幼年的，新的观测结果揭示了在如此早期的星系比之前预期的质量更大、更成熟，这有助于改写我们对星系形成和演化的理解。

我们的国际研究团队最近对已知最早的星系之一——Gz9p3进行了前所未有的详细观测，现已发表在《自然天文学》上。

它的名称来自于Glass合作项目(我们国际研究团队的名称)以及该星系处于z=9.3红移的事实，其中红移是描述到物体距离的一种方式，因此有G和z9p3。

詹姆斯·韦伯望远镜是迄今为止发射到太空的同类设备中最大、最强大的，它使用一个6.5米长的主镜，由18个六边形镜组成，并镀有一层金，以产生一些最早的宇宙图像。图片来源：美国宇航局

就在几年前，Gz9p3通过哈勃太空望远镜以单个光点的形式出现。但通过使用詹姆斯·韦伯太空望远镜，我们可以观测到这个物体，因为它是在大爆炸之后5.1亿年，即大约130亿年前。

我们发现，对于这样一个年轻的宇宙来说，Gz9p3的质量和成熟度远远超过预期，已经包含了数十亿颗恒星。

这是迄今为止已确认的最大质量天体，据计算，它的质量是宇宙早期发现的任何其他星系的10倍。

综合起来，这些结果表明，要使星系达到这样的大小，恒星的发展速度一定比我们最初想象的要快得多、效率更高。

早期宇宙中最遥远的星系合并

这个Gz9p3不仅巨大，而且其复杂的形状立即表明它是有史以来最早的星系合并之一。

星系的JWST成像显示了通常与两个相互作用的星系相关的形态。合并还没有完成，因为我们仍然看到两个组成部分。

当两个巨大的物体像这样连接时，它们会在这个过程中有效地丢弃一些物质。因此，这个被丢弃的物质表明我们观察到的是有史以来最遥远的合并之一。

接下来，我们的研究进行了更深入的研究，以描述构成合并星系的恒星数量。使用JWST，我们能够检查星系的光谱，就像棱镜将白光分裂成彩虹一样分裂光线。

当单独使用成像时，大多数对这些非常遥远的天体的研究只显示非常年轻的恒星，因为年轻的恒星更亮，因此它们的光在成像数据中占主导地位。

例如，由星系合并引发的年轻明亮人群，年龄不到几百万岁，却比已经超过一亿岁的老年人群更加耀眼。

使用光谱技术，我们可以产生如此详细的观察结果，从而可以区分这两个种群。

考虑到早期恒星必须如何形成才能在这个宇宙时间充分老化，如此成熟的老年群体是没有预料到的。光谱是如此详细，我们可以看到老恒星的微妙特征，这告诉我们那里的东西比你想象的要多。

光谱中检测到的特定元素(包括硅、碳和铁)表明，这个古老的种群必须存在，才能使银河系富含丰富的化学物质。

令人惊讶的不仅是星系的大小，还有它们成长到化学成熟状态的速度。

这些观测结果提供了证据，证明大爆炸后恒星和金属迅速、有效地形成，与正在进行的星系合并有关，表明拥有数十亿颗恒星的大质量星系比预期更早存在。

孤立的星系利用其有限的气体储层在原位建立恒星种群，然而，这对于星系的生长来说可能是一种缓慢的方式。

星系之间的相互作用可以吸引新鲜的原始气体流入，为恒星的快速形成提供燃料，而合并则为质量积累和增长提供了更快的通道。

现代宇宙中最大的星系都有合并的历史，包括我们自己的银河系，它通过与较小星系的连续合并而发展到目前的大小。

Gz9p3的这些观测表明，星系能够在早期宇宙中通过合并快速积累质量，恒星形成效率高于我们的预期。

使用JWST进行的这一观测和其他观测正在促使天体物理学家调整他们对宇宙早期的模型。

我们的宇宙论不一定是错误的，但我们对星系形成速度的理解可能是错误的，因为它们的质量比我们想象的要大。

这些新结果来得正是时候，因为我们使用JWST进行的科学观测已接近两年大关。

随着观测到的星系总数的增加，研究早期宇宙的天文学家正在从发现阶段过渡到我们拥有足够大的样本来开始建立和完善新模型的时期。

现在是了解早期宇宙奥秘的最激动人心的时刻。