詹姆斯·韦伯太空望远镜早期的星系图像异常明亮，现在我们知道为什么了

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一位艺术家对早期宇宙中恒星暴增的星系的印象，这些星系通过宇宙网中的细丝被供给恒星形成的原材料。(图片鸣谢:艾伦·m·盖勒(Aaron M. Geller)，西北大学，CIERA + IT-RCDS)

（）据美国太空网（基思·库珀）：詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)在早期宇宙中发现的明亮星系可能是大质量恒星形成爆发的产物——这一事实很可能使星系比它们所在时代的预期更加明亮。这是研究人员得出的结论，他们使用计算机模拟来模拟这些星系如何形成并开始产生恒星。

当JWST在2022年夏天开始科学操作时，它对宇宙的深度观测很快开始发现高红移星系。这些星系似乎比天文学家以前见过的更早就存在于宇宙中。事实上，在宇宙不到4亿年的时候，这些星系看起来比标准宇宙学模型预测的那个时代更加明亮。这导致有人声称，标准模型——描述星系开始很小，然后通过由宇宙网中暗物质的细丝和光环驱动的合并而分层增长——肯定是错误的。

“这些星系的发现是一个很大的惊喜，因为它们比预期的要亮得多，”西北大学的Claude-André Faucher-Giguère在一份声明中说。“通常，一个星系因为大而明亮，但由于这些星系在宇宙黎明时形成，大爆炸后的时间还不够长。这些巨大的星系是如何如此迅速地聚集在一起的？”

福彻-吉古尔是加州理工学院的郭超·孙领导的一个团队的成员，他们一起模拟第一个星系是如何形成的。他们发现，JWST观测到的星系不是很大，而是很亮，因为它们是在经历了恒星形成的狂热时期被观测到的。模拟不仅成功地模拟了星系的亮度，还模拟了它们的丰度，这两者都与JWST观测到的完全匹配。

“一个系统不需要那么庞大，”孙说。“如果恒星的形成是以爆发的形式发生的，它会发出闪光。这就是为什么我们看到几个非常明亮的星系。”

像这样的恒星暴增并不罕见。天文学家甚至目睹它们在今天的星系中发生，有时是在与另一个星系发生碰撞时。这种合并可以导致分子气体被搅动到引力占据主导地位，迫使气体分裂和坍缩，同时形成一堆恒星。在早期宇宙中，环境仍然相当混乱，第一批星系可能没有以均匀的速度吸积所有的恒星形成物质。



JWST发现了一些遥远的，但在他们那个时代发光的星系。“z”数字指的是它们的红移——红移越高，我们看到它们的时间就越久远，在这种情况下分别是134亿年和135亿年前。(图片来源:NASA/ESA/CSA/T. Treu(加州大学洛杉矶分校))

“爆发式恒星形成在低质量星系中尤其常见，”福彻-吉古尔说。“我们认为发生的是恒星爆发形成，然后几百万年后这些恒星爆炸成为超新星。气体被踢出(星系)，然后回落形成新的恒星，推动恒星形成的循环。”

在早期宇宙中，星系比现在小得多，部分是通过吸积星系间的气体云，但也通过与其他星系融合而增长。它们变得越大，引力就越大，达到可以抓住更多恒星形成物质的程度。这稳定了恒星形成的速度，今天像我们银河系这样的星系以更加平稳的速度形成恒星。

最重要的是，新模拟的结果符合标准宇宙学模型中描述的星系层级增长模型。

“我们的模拟显示，星系在宇宙黎明前形成这种亮度没有问题，”Faucher-Giguère说。

这些发现发表在10月3日的《天体物理学杂志快报》上。