天文学家使用詹姆斯·韦伯太空望远镜发现最遥远的星系

拓牛李强

这张来自美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜（也称为韦伯或JWST）的红外图像是由近红外相机（NIRCam）为JWST高级深河外巡天（JADES）项目拍摄的。NIRCam数据用于确定哪些星系需要通过光谱观测进行进一步研究。其中一个星系，JADES-GS-z14-0（如图所示），被确定红移14.32（+0.08/-0.20），是目前已知最遥远星系的记录保持者。这相当于宇宙大爆炸后不到3亿年的时间。来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Brant Robertson（加州大学圣克鲁斯分校）、Ben Johnson（CfA）、Sandro Taccella（剑桥大学）、Phill Cargile

据哈佛-史密森天体物理中心（Peter Edmonds）：今天，一个国际天文学家团队宣布发现了有史以来最早、最遥远的两个星系，它们可以追溯到宇宙大爆炸后的3亿年。使用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）得出的这些结果，标志着早期宇宙研究的一个重要里程碑。

这些发现是由JWST高级河外深部巡天（JADES）团队做出的。哈佛和史密森天体物理中心的Daniel Eisenstein是JADES的团队负责人之一，也是揭示这些星系的观测项目的首席研究员。Ben Johnson和Phillip Cargile，都是CfA的研究科学家，以及哈佛大学CfA博士生Zihao Wu，也发挥了重要作用。

由于宇宙的膨胀，来自遥远星系的光在传播时会延伸到更长的波长。这种影响对这两个星系来说是如此极端，以至于它们的紫外线被转移到只有JWST才能看到的红外波长。因为光需要时间才能传播，所以也可以看到更遥远的星系，因为它们在时间上更早。

这两个破纪录的星系被称为JADES-GS-z14-0和JADES-GS-z14-1，前者是这两个星系中距离较远的一个。除了成为新的距离纪录保持者外，JADES-GS-z14-0还因其巨大而明亮而引人注目。

哈佛大学教授、天文学系主任艾森斯坦说：“星系的大小清楚地证明，大部分光是由大量年轻恒星产生的，而不是落在星系中心超大质量黑洞上的物质，因为黑洞看起来要小得多。”

极端的亮度和年轻恒星为这种高亮度提供燃料的事实相结合，使JADES-GS-z14-0成为迄今为止发现的早期宇宙中快速形成大质量星系的最引人注目的证据。

“JADES-GS-z14-0现在成为这一现象的原型，”比萨Scuola Normale Superiore的Stefano Carniani博士说，他是这篇发现论文的主要作者。“宇宙能在3亿年内形成这样一个星系，真是令人震惊。”



科学家们使用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜的NIRSpec（近红外光谱仪）获得了遥远星系JADES-GS-z14-0的光谱，以准确测量其红移，从而确定其年龄。红移可以从被称为莱曼α断裂的临界波长的位置来确定。这个星系可以追溯到宇宙大爆炸后不到3亿年。来源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）

早期星系异常活跃的证据甚至出现在JWST的第一张图像中，并在任务的前两年不断增加。这一趋势与大多数天文学家在JWST推出星系形成理论之前的预期背道而驰。

一年多前，当JADES团队第一次发现它时，JADES-GS-z14-0是一个谜，因为它在天空中看起来离前景星系足够近，团队无法确定这两个星系不是邻居。但在2023年10月，JADES团队进行了更深入的成像——用JWST近红外相机在一个视场上进行了整整五天的成像——并使用了旨在更好地隔离最早星系的滤波器。

亚利桑那大学的研究教授Kevin Hainline博士说：“我们看不到任何合理的方法来解释这个星系只是附近星系的邻居。”。

该星系位于JWST中红外仪器进行超深观测的区域。它在中等红外波长下的亮度是早期宇宙中氢原子甚至氧原子发射的标志。

亚利桑那大学研究生Jakob Helton领导的关于这一发现的第二篇论文的合著者吴子浩说：“尽管星系如此年轻，但它已经在努力创造我们在地球上熟悉的元素。”。

受到鼓舞，研究小组随后获得了每个星系的光谱，并证实了他们的希望，即JADES-GS-z14-0确实是一个破纪录的星系，而较暗的候选者JADES-GS-z14-1几乎也在遥远的地方。

加州大学圣克鲁斯分校教授布兰特·罗伯逊和本·约翰逊领导的第三篇论文研究了早期星系群的演化。

约翰逊说：“这个令人惊叹的物体表明，早期宇宙中的星系形成非常迅速和强烈，JWST将使我们能够发现更多这样的星系，也许是在宇宙更年轻的时候。这是研究星系如何起源的绝佳机会。”

这三篇论文目前都可以在arXiv预印本服务器上获得。