詹姆斯·韦伯太空望远镜揭示：哈勃望远镜所看到的光点确实是一个巨大的古老星系

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（Main）Gz9p3的复杂形状表明它起源于星系之间的合并（插图）JWST的直接成像显示Gz9p3有一个双核，表明合并仍在进行中（图片来源：NASA/Boyett等人）

（）据美国太空网（Robert Lea）：哈勃太空望远镜看到的只不过是一个光点，它被揭示为有史以来发现的最古老的星系之一，而这一发现正归功于哈勃的弟弟詹姆斯·韦伯太空望远镜。

詹姆斯·韦伯太空望远镜国际“玻璃”合作组织对这个被称为Gz9p3的星系进行了详细的观测，人们认为它距离大爆炸只有5.1亿年。这是在宇宙的相对婴儿期，现在已经有138亿年的历史了。

该团队发现，与JWST看到的其他早期星系非常相似，Gz9p3的质量和成熟度远高于婴儿宇宙中星系的预期。在发现它的古代时期，它似乎已经包含了几十亿颗恒星。

当谈到早期星系如何如此迅速地成长为如此巨大的宇宙难题时，Gz9p3可能是一个真正的难题。它不仅质量比预期的要大，而且质量是JWST在宇宙历史上类似时代看到的其他星系的10倍左右。

“就在几年前，Gz9p3作为一个单一的光点出现在哈勃太空望远镜中，”团队成员、墨尔本大学的科学家Kit Boyett为该研究所的Pursuit出版物写道。“但通过使用JWST，我们可以观察到这个物体，因为它是宇宙大爆炸后5.1亿年，大约130亿年前。”

Gz9p3非常了不起。除了它的大小和成熟度，它的形状也揭示了它的创作线索。

Gz9p3是由早期星系合并产生的吗？

使用JWST和直接成像，该团队能够确定Gz9p3具有复杂的形状，有两个明亮的斑块，露出其两个致密的细胞核。这表明Gz9p3很可能是在婴儿宇宙中两个早期星系碰撞在一起时产生的。在天文学家注意到Gz9p3与JWST的碰撞期间，这种碰撞可能仍在进行。

Boyett解释道：“JWST对该星系的成像显示，其形态通常与两个相互作用的星系有关。合并尚未完成，因为我们仍然看到两个成分。”。“当两个大质量的物体像这样结合在一起时，它们会在这个过程中有效地丢弃一些物质。因此，这种被丢弃的物质表明，我们观察到的是有史以来最遥远的合并之一。”

除了确定这个古老星系的年龄、质量和形状外，Boyett和同事还能够在Gz9p3内部进行更深入的探测，以检查这些碰撞星系的恒星种群。由于年轻恒星比年长的恒星更亮，它们通常在星系图像中占据主导地位，尤其是那些距离遥远的恒星，它们的光已经传播到地球数十亿年了。

博伊特继续说道：“例如，星系合并引发的一个年轻明亮的种群，其年龄不到几百万年，超过了已经超过一亿年的老年种群。”。

Glass的合作通过对Gz9p3进行光谱观测以及直接成像来解决这一问题。光谱学可以用来确定组成恒星的元素；由于年轻恒星和年老恒星的成分不同，这使得研究人员能够将这个早期星系中的两类恒星分开。



JWST图像显示了早期宇宙中一颗恒星的超新星死亡，这颗恒星将为周围的星系埋下下下一代恒星的基石。（图片来源：NASA/ESA/CSA/STScI/Justin Pierel（STScI）/Andrew Newman（CIS））

较老的恒星已经通过其核心的氢供应，将其全部融合成氦，然后融合这些氦，产生更重的元素，天文学家称之为“金属”。这意味着较老的星比仍以氢和一些氦为主的较年轻的星富含金属。

研究小组使用JWST来检测Gz9p3较老恒星群中的特定元素。这些目标元素包括硅、碳和铁，后者是恒星可以合成的最重元素。这意味着，当这些恒星死于超新星爆炸时，它们会用金属丰富早期宇宙。这些金属含量中的大部分将成为下一代恒星的基石。

此外，研究小组发现Gz9p3中的老恒星数量比之前怀疑的要多得多。这意味着，尽管天文学家已经意识到恒星的生命和死亡循环，以及随后几代恒星的金属富集程度不断增加，但Gz9p3的观测结果表明，星系可能比之前怀疑的更快地“化学成熟”。

博伊特写道：“这些观测结果提供了证据，证明在大爆炸后不久，恒星和金属迅速、有效地聚集，这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。”。

暴力历史

与星系分离的星系确实会形成恒星，但这一过程很慢，当星系耗尽其形成恒星的气体和尘埃库时就会结束。

对于彼此靠近的星系来说，恒星形成的过程可以加快，甚至在停止后恢复。这是因为当这些星系被相互引力吸引到一起时，它们会碰撞。然后，合并会导致新鲜气体的流入，从而启动一段被称为“恒星爆发”的快速恒星诞生期，这意味着合并为星系快速增长恒星数量提供了一种极好的方式。



JWST观测到了距离地球约2.5亿光年的合并星系Arp 220。（图片来源：图片：美国国家航空航天局、欧空局、加拿大航天局、STScI；图片处理：Alyssa Pagan（STScI））

宇宙中大多数大星系都是这样成长的；我们自己的银河系本身就有合并的历史。例如，它参与了曾经环绕它运行的较小卫星星系的蚕食。银河系目前形成恒星的速度较慢，但当它在大约45亿年后与我们的邻近星系仙女座相撞时，这种情况就会改变。这将导致气体的涌入，从而引发新一轮的恒星爆发。

由于对Gz9p3的观测，天文学家们得到了一个信息，即在早期宇宙中，这种快速质量积累和恒星诞生的通道比预测的更大。

Boyett解释道：“Gz9p3的这些观测结果表明，星系能够通过合并在早期宇宙中快速积累质量，恒星形成效率高于我们的预期。”。“这一点和其他使用JWST的观测结果正在促使天体物理学家调整他们对宇宙早期的建模。

“我们的宇宙学并不一定是错的，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。”

该团队的研究于3月7日发表在《自然天文学》杂志上。