韦伯揭示星系合并是早期宇宙之谜的答案

独孤一山隙

CEERS巡天视场中的莱曼-α发射星系egsy 8 p 7（NIR cam图像）。致谢:欧洲航天局

（）据欧洲航天局：美国国家航空航天局/欧空局/加空局詹姆斯·韦伯太空望远镜的主要任务之一是探测早期宇宙。现在，韦伯的NIRCam仪器无与伦比的分辨率和灵敏度首次揭示了宇宙早期星系的局部环境。

这解决了天文学中最令人困惑的谜团之一——为什么天文学家探测到氢原子发出的光，而这些光本应被大爆炸后形成的原始气体完全阻挡。这些新的韦伯观测发现，正是这些星系周围的小而微弱的物体显示出“令人费解”的氢排放。

结合早期宇宙中星系的最先进模拟，观测结果表明，这些邻近星系的混乱合并是氢排放的来源。这些发现已经发表在《自然天文学》上。

光以有限的速度传播（每秒30万公里），这意味着星系越远，光到达太阳系所需的时间越长。因此，对最遥远星系的观测不仅可以探索宇宙的遥远范围，还可以让我们研究宇宙的过去。

为了研究非常早期的宇宙，天文学家需要特别强大的望远镜，能够观测非常遥远的星系，因此非常微弱。韦伯的主要能力之一是它能够观察那些非常遥远的星系，从而探索宇宙的早期历史。一个国际天文学家小组充分利用韦伯惊人的能力解决了一个长期存在的天文学谜团。

最早的星系是恒星形成活跃活跃的场所，因此是氢原子发出的一种称为莱曼α发射的光的丰富来源。然而，在再电离时期，大量中性氢气包围着这些活跃恒星形成区（也称为恒星孕育区）。

此外，星系之间的空间被比今天更多的这种中性气体所填充。这种气体可以非常有效地吸收和分散这种氢排放，因此天文学家长期以来一直预测，宇宙早期释放的大量莱曼-α排放今天应该观察不到。

然而，这一理论并不总是经得起推敲，因为天文学家以前已经观察到了非常早期的氢排放的例子。这提出了一个谜:这种本应被吸收或分散很久的氢排放是如何被观察到的？

剑桥大学的研究员兼新研究的首席研究员卡勒姆·威滕阐述道:“以前的观测提出的最令人困惑的问题之一是在非常早期的宇宙中探测到氢原子发出的光，这些光应该被大爆炸后形成的原始中性气体完全阻挡。此前人们提出了许多假说来解释这种‘莫名其妙’的排放的大逃逸。”

该团队的突破得益于韦伯角分辨率和灵敏度的非凡结合。韦伯的NIRCam仪器的观测能够分辨出明亮星系周围的较小、较暗的星系，从这些星系中检测到了令人费解的氢排放。换句话说，这些星系的周围似乎比我们之前想象的要繁忙得多，充满了小而昏暗的星系。



这张照片显示了星系EGSY8p7，这是一个早期宇宙中的明亮星系，在这里可以看到受激氢原子发出的光——莱曼-α发射。韦伯的高灵敏度挑选出了这个遥远的星系和它的两个伴星系，在以前的观察中只能看到一个更大的星系。这一相互作用星系团的发现揭示了为什么EGSY8p7的氢排放被大爆炸后形成的中性气体所笼罩的谜团。天文学家得出结论，这些相互作用的星系中强烈的恒星形成活动激发了氢排放，并从周围清除了大片气体，使意外的氢排放得以逃逸。这张EGSY8p7的特写视图经过了新的处理，利用了七种不同的近红外滤光片捕获的NIRCam数据。致谢:欧空局/韦伯、美国国家航空航天局和加空局、c .威滕、m .扎马尼（欧空局/韦伯）

至关重要的是，这些较小的星系相互作用并相互合并，韦伯揭示了星系合并在解释最早星系的神秘发射中起着重要作用。

斯坦福大学的团队成员塞尔吉奥·马丁·阿尔瓦雷斯补充说:“哈勃只能看到一个大星系，而韦伯看到了一群较小的相互作用的星系，这一发现对我们理解一些首批星系意外的氢排放产生了巨大影响。”

然后，研究小组使用最先进的计算机模拟来探索可能解释其结果的物理过程。他们发现，通过星系合并快速积累的恒星质量既推动了强烈的氢排放，又促进了辐射通过清除了大量中性气体的通道逃逸。因此，以前未被观测到的较小星系的高合并率为长期以来令人费解的早期氢排放之谜提供了一个令人信服的解决方案。

该团队正在计划对处于不同合并阶段的星系进行后续观察，以继续加深他们对这些变化系统中氢排放如何排出的理解。最终，这将使他们能够提高我们对星系演化的理解。