宇宙早期星系的进化速度比以前想象的要快得多

哈耶萨鲁亚源

詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的106亿年前星系EGS_31125的灰度图像。可以看到星系的条带（在中心图像中用一条粗的实心紫色线勾勒，螺旋臂显示为微弱的紫色线）。来源：Zoe Le Conte

据达勒姆大学：根据100多亿年前的最新研究，宇宙早期的星系没有以前想象的那么混乱，发展得也快得多。由英国达勒姆大学领导的一个国际天文学家团队使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）发现了宇宙只有几十亿年历史时棒形成的证据。

这项最新研究发表在《皇家天文学会月报》上。

棒是在像银河系这样的盘状或螺旋星系中发现的细长的恒星带。随着条带的发展，它们调节星系内的恒星形成，将气体推入星系的中心区域，它们的存在告诉科学家，星系已经进入稳定、成熟的阶段。

此前使用哈勃太空望远镜进行的研究已经能够探测到80亿或90亿年前的棒状星系。但JWST提供的灵敏度和波长范围的增加意味着研究人员能够看到这种现象发生在更远的时间。这意味着科学家们可能不得不重新思考他们关于宇宙形成早期星系演化的理论。

首席作者、达勒姆大学物理系银河系外天文学中心的博士研究员Zoe Le Conte说：“早期宇宙中的星系成熟速度比我们想象的要快得多。这真的很令人惊讶，因为你会认为处于那个阶段的宇宙会非常动荡，星系和许多尚未转化为恒星的气体之间会发生大量碰撞。”。



一张106亿年前星系EGS_31125的灰度图像，在视觉上被归类为强条纹星系（在中心图像中用一条粗的实心紫色线勾勒，螺旋臂显示为微弱的紫色线）。从左至右：哈勃太空望远镜WFC3 F160W和詹姆斯·韦伯太空望远镜NIRCam F356W和F444W。这一滤波器比较展示了点扩散函数（PSF）、灵敏度和波长范围对星系图像的影响，特别是在条形图的情况下。来源：Zoe Le Conte

“然而，多亏了詹姆斯·韦伯太空望远镜，我们在宇宙生命的早期就看到了很多这样的条纹，这意味着星系在进化过程中处于比以前想象的更稳定的阶段。这意味着我们必须调整对早期星系进化的看法。”

研究人员使用JWST来寻找星系中的条带形成，就像在80亿至115亿年前看到的那样。宇宙本身有137亿年的历史。

在观察到的368个盘状星系中，研究人员发现近20%的星系有棒，是哈勃望远镜观察到的两倍。

合著者之一、达勒姆大学物理系河外天文学中心的Dimitri Gadotti博士指出：“我们发现，早期宇宙中存在的条带比哈勃研究中发现的要多得多，这意味着条带驱动的星系进化发生的时间比之前想象的要长得多。条带数量多得多这一事实非常令人兴奋。”。



哈勃太空望远镜拍摄的106亿年前星系EGS_31125的灰度图像。银河系的酒吧看不见。来源：Zoe Le Conte

“现在需要仔细审查对宇宙的模拟，看看我们是否得到了与詹姆斯·韦伯的观测结果相同的结果。我们必须跳出我们认为自己知道的范围。”

随着研究人员进一步回顾过去，他们看到的棒状星系越来越少。

他们说，这可能是因为宇宙早期的星系可能没有形成得那么好。目前也没有办法看到较短的星条，即使JWST提供了更大的望远镜功率，也不太容易发现。

研究人员表示，他们现在想调查早期宇宙中更多的星系，看看它们是否也形成了条状。他们希望最终进一步回顾122亿年的时间，看看酒吧随着时间的推移而增长，以及这种增长背后的机制是什么。

JWST是哈勃太空望远镜的替代品，是有史以来建造的最大、最强大的太空望远镜。

达勒姆大学河外天文中心参与了该望远镜的科学开发，包括用于探测星系和黑洞的中红外仪器（MIRI）。达勒姆高级仪器中心还为JWST的近红外光谱仪（NIRSpec）集成现场单元仪器制造了一些光学器件。

最新研究还包括加拿大维多利亚大学达勒姆大学计算宇宙学研究所的科学家；英国曼彻斯特大学乔德雷尔银行天体物理中心；欧洲南方天文台；大韩民国庆浦国立大学天文和大气科学系；德国马克斯·普朗克天文研究所；艾克斯马赛大学，法国。