天文学家报告发现并确认了最遥远的已知星系

一个国际天文学家小组利用詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)的数据发现了迄今为止确认的最早和最遥远的星系。望远镜捕捉到这些星系在134亿多年前发出的光，这意味着这些星系可以追溯到大爆炸后不到4亿年，当时宇宙的年龄仅为当前年龄的2%。

JWST的初步观测在极远距离产生了几个候选星系，就像早期哈勃太空望远镜的观测一样。现在，其中四个目标已经通过长期光谱观测得到确认，这不仅可以提供对它们距离的可靠测量，还可以让天文学家表征星系的物理特性。

“我们在遥远的宇宙中发现了非常早的星系，”加州大学圣克鲁兹分校的天文学和天体物理学教授布兰特罗伯逊说。“有了JWST，我们现在第一次可以找到如此遥远的星系，然后通过光谱确认它们确实离我们很远。”

天文学家通过确定星系的红移来测量到星系的距离。由于宇宙的膨胀，远处的物体似乎正在远离我们，它们的光被多普勒效应拉伸到更长、更红的波长。基于通过不同滤光片捕获的图像的光度技术可以提供红移估计，但最终测量需要光谱学，它将来自物体的光分成其组成波长。

新发现集中在四个红移高于10的星系。哈勃最初观测到的两个星系现在已确认红移为10.38和11.58。在JWST图像中检测到的两个最遥远的星系的红移分别为13.20和12.63，这使它们成为迄今为止光谱学确认的最遥远的星系。13.2的红移对应于大约135亿年前。

“这些远远超出了我们在JWST之前所能想象到的发现，”罗伯逊说。“在红移13时，宇宙的年龄只有大约3.25亿年。”

来自赫特福德郡大学(英国)的Robertson和EmmaCurtis-Lake将于12月12日在巴尔的摩举行的太空望远镜科学研究所(STScI)会议上展示新发现，主题是“JWST的第一批科学成果”。他们是两篇关于尚未通过同行评审过程的结果的论文的主要作者。

这些观察结果来自科学家的合作，他们领导了Webb上两种仪器的开发，即近红外相机(NIRCam)和近红外光谱仪(NIRSpec)。对最微弱和最早的星系的研究是这些仪器概念的主要动机。2015年，仪器团队联手提出了JWST高级河外深部调查(JADES)，这是一项雄心勃勃的计划，仅分配了望远镜一个多月的时间，旨在提供前所未有的早期宇宙景象和细节。JADES是来自十个国家的八十多位天文学家的国际合作。

“这些结果是NIRCam和NIRSpec团队联合起来执行该观测计划的原因，”亚利桑那大学NIRCam首席研究员MarciaRieke说。

JADES计划从NIRCam开始，使用超过10天的任务时间来观察哈勃超深空场及其周围的一小片天空。20多年来，天文学家一直在使用几乎所有大型望远镜研究该区域。JADES团队在九个不同的红外波长范围内观察了该场，捕捉到了近100,000个遥远星系的精美图像，每个星系都在数十亿光年之外。

然后，该团队使用NIRSpec光谱仪进行为期三天的观察，以收集来自250个微弱星系的光。这产生了精确的红移测量结果，并揭示了这些星系中气体和恒星的特性。

“通过这些测量，我们可以了解星系的固有亮度，并计算出它们有多少颗恒星，”罗伯逊说。“现在我们可以开始真正了解星系是如何随着时间的推移组合在一起的。”

英国剑桥大学的合著者SandroTacchella补充说：“如果不了解星系发展的初始阶段，就很难理解星系。就像人类一样，后来发生的事情很大程度上取决于这些早期星系的影响。星星。这么多关于星系的问题一直在等待韦伯的变革机会，我们很高兴能够在揭示这个故事中发挥作用。”

根据罗伯逊的说法，这些早期星系中的恒星形成可能比它们被观测到的年龄早大约1亿年，从而将最早恒星的形成推回到大爆炸之后的大约2.25亿年。

“根据我们的星系形成模型，我们看到的恒星形成证据和我们预期的一样早，”他说。

其他团队已经根据JWST图像的光度分析确定了红移更高的候选星系，但这些尚未得到光谱学的证实。JADES将在2023年继续对另一个领域进行详细研究，这个领域以标志性的哈勃深场为中心，然后返回超深场进行另一轮深度成像和光谱学。该领域还有更多候选者等待光谱调查，并且已经批准了数百小时的额外时间。