詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了迄今为止最遥远的两个星系

拓牛李强

JWST对潘多拉星团的看法。这就是为新的星系发现充当引力透镜的星团。(图片鸣谢:美国国家航空航天局、欧空局、加空局、I. Labbe(史文朋理工大学)、R. Bezanson(匹兹堡大学)、A. Pagan (STScI))

（）据美国太空网（基思·库珀）：詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的鹰眼发现了有史以来第二和第四遥远的星系，支持了大爆炸理论描述的星系形成的基本图片。

这一发现之所以成为可能，要感谢一个巨大的引力透镜的巨大帮助，它的形式是被称为Abell 2744的星系团，绰号为潘多拉星系团，距离我们大约35亿光年。星系团的巨大引力扭曲了时空结构，足以放大更遥远星系的光线。

利用詹姆斯·韦伯太空望远镜搜索被这个宇宙透镜放大的早期星系，宾夕法尼亚州立大学埃伯利科学学院的王冰洁和JWST揭开(再电离时代之前的超深NIRSpec和NIRCam观测)团队的成员发现了两个有史以来最高红移的星系。

宇宙学红移是光波长的拉伸，由宇宙的持续膨胀引起。一个星系越遥远，当星系的光穿越空间到达我们这里时，宇宙膨胀得越多，因此，光的波长被拉伸得越多。随着波长以这种方式被拉长，它们从更窄、更蓝的波长变成更红的波长，最终落入电磁波谱中不可见的红外区域。宇宙大爆炸后3亿至4亿年间存在的星系的光线被拉伸到人类无法看到的红外波长，但确实可以被JWST的近红外相机(NIRCam)和近红外光谱仪(NIRSPec)检测到。

王和她的团队能够识别两个高红移星系的透镜图像。其中一个被命名为UNCOVER-z13(“z”是“红移”的简写)，红移为13.079，确认它是已知第二遥远的星系。(最遥远的确认星系是JADES-GS-z13-0，它也是由JWST在2022年发现的，红移为13.2。)我们看到UNCOVER-z13，因为它在大爆炸后仅存在了3.3亿年。

最近发现的另一个星系UNCOVER-z12的红移为12.393，在有史以来最遥远的星系中排名第四。我们看到的这个领域是宇宙大爆炸后的3.5亿年。



潘多拉星团Abell 2744的图像，由JWST发现的两个高红移星系作为插图。(图片鸣谢:群像:美国国家航空航天局/UNCOVER(贝赞森等人)；插图:/揭开(王等)；作曲:Dani Zemba/宾夕法尼亚州立大学。)

这两个未被发现的星系的不同之处在于它们的外观。在类似的高红移下看到的其他星系似乎是点状的，表明它们非常小——只有几百光年宽。另一方面，未被发现的星系是有结构的。

王在一份声明中说:“以前在这些距离发现的星系…在我们的图像中显示为一个点。”。“但我们的一个看起来细长，几乎像一颗花生，另一个看起来像一个毛茸茸的球。”

这些星系也更大，UNCOVER-z12的边缘盘宽约2000光年，比这个时代看到的其他星系大6倍。

“目前还不清楚大小的差异是否是由于恒星如何形成或它们形成后发生了什么，但星系属性的多样性真的很有趣，”王说。“这些早期星系预计由类似的材料形成，但它们已经显示出彼此非常不同的迹象。”

尽管星系性质的二分法，即使在宇宙的早期阶段，也令人大开眼界，但这两个新发现的领域都有强烈支持大爆炸模型的一般特征。这个模型描述了在我们的宇宙创造之后，星系如何在通过与其他星系和气体云的合并而快速增长之前，以小生命开始。

这种增长反过来刺激了更多的恒星形成，最终增加了年轻星系中元素的丰度和种类，给它们带来了比氢和氦更重的物质。宾夕法尼亚州立大学天文学和天体物理学助理教授乔尔·莱贾(Joel Leja)是王团队的合作研究员，他在声明中说，UNCOVER发现的星系年轻，体积小，重元素丰度低，正在积极形成恒星，所有这些都支持“大爆炸理论的整个范式”。

有趣的是，JWST有能力看到比uncovered-z13和-z12更高的红移星系，这意味着它们会更年轻——但它没有检测到任何被潘多拉星团透镜化的星系。“这可能意味着星系在那之前没有形成，我们不会在更远的地方发现任何东西，”Leja说。“或者这可能意味着我们没有足够幸运地拥有我们的小窗口。”

天文学家将继续寻找，使用大量的透镜星团来打开深入宇宙的新窗口，以寻找一些首批星系。

这一发现于周一(11月13日)发表在《天体物理学杂志快报》上。