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JWST发现已知最早星系：形成于宇宙大爆炸后3.5亿年

2022-11-20 05:26:13来源：出新研究微信号

“星系的形成似乎比天文学家想象的更快、更早。

【资料图】

作者：Georgina Torbet|

编译：唐诗 |

使用詹姆斯·韦伯太空望远镜的研究人员发现了两个极其古老的星系，它们来自大爆炸后仅仅3亿至4亿年。这些星系比预期的要亮得多，使天文学家对他们所了解的宇宙年轻时星系的形成过程提出质疑。

JWST的一个项目（GLASS-JWST）的主要调查员Tommaso Treu在一次新闻发布会上说："不知何故，宇宙比我们想象的更快更早地形成星系。“

人类发现的宇宙中最早星系

韦伯望远镜近日发现了一颗名叫GLASS-z12的星系。该星系形成于宇宙诞生后的3.5亿年，成为目前为止人类发现的宇宙中最早星系。

这些星系是在两个JWST计划中确定的，即GLASS-JWST早期释放科学计划（来自太空的Grism Lens放大调查）和宇宙演化早期发布科学调查（CEERS）。这些调查的数据确定了具有高红移的星系，这意味着由于宇宙的膨胀，来自它们的光被转移到光谱的红色端。红移越大，光线在到达我们之前传播得越远，因此星系越老。

韦伯望远镜对宇宙进行红外观测以来，于今年夏天发现一颗形成于宇宙大爆炸后4.5亿年的星系。而GLASS-z12星系的发现再次刷新该纪录。这两个星系的发现可能意味着在遥远的宇宙中，还有其他更多星系等待被发现。

为了识别最古老的星系，研究人员首先查看JWST拍摄的图像，并根据它们的颜色选择感兴趣的星系。他们寻找不出现在可见光波长但确实出现在JWST红外范围内的星系。这意味着一个星系被红移得如此之多，以至于它的光已经移出了可见光范围，使其成为一个非常早期的星系。

挑战在于，还有其他原因导致星系可能不会出现在可见光图像中。例如，光学光可能被尘埃阻挡，或者星系可能只是异常红色。为了确认一个给定的星系确实非常古老，我们需要更多的光谱学形式的数据。

“当我们看到来自不同元素的发射线时，获得源的光谱，它确实准确地告诉我们我们正在看什么，”CEERS的共同研究员Jeyhan Kartaltepe说。“所以这就是我们需要走向的黄金标准。“

天文学的全新篇章

最近宣布的两个星系尚未通过光谱测量得到证实，但最遥远的星系已经初步确认了来自ALMA的数据，即阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列。

Garth Illingworth是第一个再电离时代光谱完整和公开发布银河系外研究星系调查的共同研究员，他说他们对他们的发现充满信心：

“已经有很多更早星系的初步公告，我们仍在努力整理出其中一个可能是真实的社区，“伊林沃思说。

随着校准的完善，研究人员对JWST早期数据的准确性进行了一些反复讨论。一些非常早期的结果公布了红移高达13的星系，但这个数字现在已经通过更精确的校准被细化到12.5。这是因为最早的数据是基于在地面上进行的校准，而最近的数据反映了十月份望远镜在太空中进行的校准。校准JWST的仪器是一个漫长的过程，随着时间的推移，读数会变得更加准确。

除了证实这些发现外，收集这些目标的光谱数据将更深入地了解早期星系的内容。

“这就像使用棱镜，我们能够看到银河系光谱中具有不同颜色的不同原子元素的指纹，”GLASS-JWST联合研究员Alaina Henry解释说。“因此，我们获得了有关星系内容，它们形成恒星的速度以及气体运动的更详细信息。“

目前，这些早期星系的极端亮度导致天文学家重新思考他们对最早恒星的假设。虽然非常明亮的星系通常质量很大，但这些早期明亮的星系可能没有那么大——它们只是充满了第三星族恒星。第三星族星仍然是假设的，但这个想法是它们是最早的恒星之一，其组成与我们今天看到的恒星不同。

“这开启了一个关于恒星的性质以及它们如何形成以及早期形成的恒星类型的整个问题，”伊林沃思说。

“这是天文学的一个全新篇章。就像正在做一次考古挖掘，突然发现一个失落的城市或者一些你不知道的东西。实在是太惊人了。”罗马国家天体物理研究所的研究员保拉·桑蒂尼（Paola Snatini）说道。

据法新社此前报道，美国宇航局（NASA）、欧洲空间局（ESA）和加拿大太空局（CSA）联合研发的红外线观测用太空望远镜詹姆斯·韦伯望远镜于今年1月8日正式部署完成。韦伯的任务是寻找最早、最遥远的恒星和星系，开启对宇宙起源的探索。

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