韦伯揭开宇宙早期星系的面纱

在正式开始科学运作几天后，NASA/ESA/CSA詹姆斯·韦伯太空望远镜将天文学家带入了早期星系的领域，这些星系以前隐藏在所有其他望远镜的视野之外。韦伯现在揭开了一个非常丰富的宇宙的面纱，其中第一个形成的星系看起来与我们今天看到的成熟星系截然不同。

研究人员发现了两个异常明亮的星系，它们分别存在于大爆炸后大约300和4亿年。它们的极端亮度令天文学家感到困惑。年轻的星系正在尽可能快地将气体转化为恒星，它们看起来被压缩成球形或盘形，比我们的银河系小得多。恒星诞生的开始可能发生在138亿年前发生的大爆炸之后仅1亿年。

“我们看到的一切都是新的。韦伯向我们展示了一个超出我们想象的非常丰富的宇宙，”加州大学洛杉矶分校的托马索特鲁说，他是韦伯项目之一的共同研究员。“宇宙再一次让我们感到惊讶。这些早期星系在很多方面都非常不寻常。”

结果来自韦伯的GLASS-JWST早期发布科学计划(GrismLens-AmplifiedSurveyfromSpace)和宇宙演化早期发布科学调查(CEERS)。由意大利罗马国家天体物理研究所的MarcoCastellano和天体物理中心的RohanNaidu领导的两篇研究论文|Harvard&Smithsonian和位于马萨诸塞州剑桥市的麻省理工学院已在TheAstrophysicalJournalLetters上发表。

在短短四天的分析中，研究人员在GLASS-JWST图像中发现了两个异常明亮的星系。这些星系存在于大爆炸后大约450和3.5亿年(红移分别约为10.5和12.5)，未来的韦伯光谱测量将有助于证实这一点。

“在韦伯发布其第一份数据几天后，我们惊讶地发现了韦伯所见最远的星光，”更遥远的GLASS星系(称为GLASS-z12)的RohanNaidu说，据信追溯到大爆炸后的3.5亿年。之前的记录保持者是星系GN-z11，它存在于大爆炸后4亿年(红移11.1)，并于2016年被哈勃和凯克天文台在深空计划中识别出来。

“基于所有的预测，我们认为我们必须搜索更大的空间才能找到这样的星系，”卡斯特拉诺说。

“这些观察只会让你的脑袋爆炸。这是天文学的全新篇章。这就像考古挖掘，突然间你发现了一座失落的城市或一些你不知道的东西。这真是令人震惊，”第四名保拉桑蒂尼补充道Castellano等人的作者。GLASS-JWST论文。

瑞士日内瓦大学的PascalOesch指出：“虽然这些早期源的距离仍需要用光谱学来确认，但它们的极端亮度确实是一个谜，挑战着我们对星系形成的理解。”

韦伯的观测促使天文学家达成共识，即早期宇宙中异常数量的星系比预期的要亮得多。研究人员表示，这将使韦伯在随后的深空调查中更容易发现更多早期星系。

“我们已经确定了一些非常迷人的东西。这些星系可能在大爆炸后仅1亿年就开始聚集在一起。没有人预料到黑暗时代会这么早结束，”大学的加思伊林沃思说加利福尼亚州圣克鲁斯。“原始宇宙的年龄只有当前年龄的百分之一。在138亿年的演化宇宙中，这只是一小段时间。”

Naidu/Oesch团队成员、科罗拉多大学的EricaNelson指出，“我们的团队对能够测量这些第一批星系的形状感到震惊;它们平静、有序的圆盘质疑我们对第一批星系如何在拥挤、混乱的星系中形成的理解早期宇宙。”之所以在这么早的时候就发现了光盘，是因为韦伯的图像在红外光下比哈勃的图像清晰得多。

“这些星系与我们今天在我们周围看到的银河系或其他大星系非常不同，”Treu说。

伊林沃思强调，这些团队发现的两个明亮星系都拥有大量的光。他说，一种选择是它们可能非常大，有很多低质量恒星，就像后来的星系一样。或者，它们的质量可能小得多，由数量少得多的异常明亮的恒星组成，这些恒星被称为第III星族。

长期以来的理论认为，它们将是有史以来第一批诞生的恒星，在极高的温度下燃烧，仅由原始氢和氦组成;直到后来，恒星才会在它们的核聚变炉中加热更重的元素。在本地宇宙中看不到这样极热的原始恒星。

“事实上，最遥远的源非常紧凑，它的颜色似乎表明它的星族特别缺乏重元素，甚至可能包含一些星族III星。只有韦伯光谱才能说明一切，”第二作者AdrianoFontana说。卡斯特拉诺等人。论文和GLASS-JWST团队的成员。

目前对这两个星系的韦伯距离估计是基于测量它们的红外颜色。最终，后续的光谱测量显示了光在膨胀的宇宙中是如何被拉伸的，这将为这些宇宙尺度测量提供独立的验证。