詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了有史以来最早的两个星系

魏洋1

JADES-GS-z14-0是JWST拍摄的NIRCam图像中人类见过的最早、最遥远的星系（图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、B.Robertson（UC Santa Cruz）、B.Johnson（CfA）、S.Taccella（Cambridge）、P.Cargile（CfA.）。）

据美国太空网（Robert Lea）：詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）发现了有史以来最早、最遥远的星系中的两个，而不是一个，继续打破它之前创造的记录。

最远的星系，JADES-GS-z14-0，被认为是在大爆炸后约3亿年，比之前的记录保持者早至少1亿年。这意味着JWST从这个原始星系看到的光在到达我们的路上已经传播了135亿年。

JADES-GS-z14-0也不是唯一一个。它与另一个星系JADES-GS-z14-1一起被发现，该星系几乎同样遥远，在人类所见过的最早星系排名中排名第二。

这些发现于2023年10月和2024年1月宣布，这是耗资100亿美元的望远镜正在进行的宇宙黎明调查的最新进展，该望远镜是JWST高级深星系外巡天（JADES）计划的一部分。JADES旨在为了解138亿年前的宇宙非常年轻时恒星、气体和黑洞在原始星系中的演化方式提供重要的见解。

团队成员、卡夫利宇宙学研究所科学家Francesco D'Eugenio在一份声明中表示：“这些星系加入了前5亿年宇宙历史中一小部分但不断增长的星系群，在那里我们可以真正探测恒星群及其内部化学元素的独特模式。”。



詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到的JADES-GS-z14-0星系是有史以来发现的最遥远、最早的星系，存在时间仅为3亿年（图片来源：美国国家航空航天局、欧空局、加拿大空间局、STScI、B.Robertson（加州大学圣克鲁斯分校）、B.Johnson（CfA）、S.Taccella（剑桥）、P.Cargile（CfA.））

然而，JADES-GS-z14-0不仅因为它距离地球有多远以及它在宇宙中存在的时间有多早而引人注目。这个“宇宙黎明”星系宽约1600光年，其巨大而明亮也令人惊叹。

哈佛和史密森天体物理中心的JADES团队负责人Daniel Eisenstein在另一份声明中表示：“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，这会使它看起来小得多。”。

JADES-GS-z14-0的极端亮度，以及这种亮度是由年轻恒星提供动力的事实，意味着这个星系代表了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团队成员、加州大学圣克鲁斯分校研究员本·约翰逊补充道，JADES-GS-z14-0表明早期宇宙中星系的形成非常迅速和强烈。

他说：“JWST将使我们能够发现更多这样的星系，也许在宇宙更年轻的时候。”。“这是研究星系起源的绝佳机会。”

詹姆斯·韦伯太空望远镜看到红色以发现早期星系

JWST善于观察早期星系，这要归功于其仪器的高红外灵敏度，特别是其主要成像器近红外相机（NIRCam）。

光离开这些宇宙黎明星系时，其波长范围很广，与来自离银河系较近星系的光相似。正是数十亿年的旅程将这种光转化为电磁光谱近红外和红外区域的低能量和长波长光。

空间的结构正在膨胀，当光穿过它时，它的波长也随之拉伸。这导致光“移动”到电磁光谱的红色端，因此这种现象被称为“红移”



太阳发出的光跨越电磁光谱，包括所有可见光的颜色。（图片来源：美国国家航空航天局的《想象宇宙》）

距离更远的星系在它们的光到达我们之前，必须穿过更多的空间（随着它的膨胀，空间被拉伸），因此，这些光会经历更多的红移。因此，红移，表示为z，可以用来测量到具有已知光谱的天体的距离。由于光的传播需要有限的时间，这个距离可以用来计算我们所看到的这些星系存在的时间。

JADES-GS-z14-0的红移z=14.32，而之前最遥远的星系JADES-GS-z13-0的红移z=13.2，这使它在大爆炸后4亿年才存在。很明显，这个新发现的星系已经彻底打破了这一纪录，JWST又将时间倒退了1亿年左右。

“JADES-GS-z14-0现在成为这一现象的原型，”JADES合作团队成员、Scuola Normale Superiore的Stefano Carniani说。“宇宙能在3亿年内形成这样一个星系，真是令人震惊。”



JWST的NIRSpec仪器测量的JADES-GS-z14-0的红移光谱（图片来源：NASA、ESA、CSA、J.Olmsted（STScI））。科学：S.Carniani（Scuola Normale Superiore），JADES合作。）

JADES-GS-z14-0带来了一些惊喜

JADES-GS-z14-0的一切并不是JADES团队立即就能清楚的，有些元素可能会混淆我们对早期宇宙的了解。

当它第一次被发现时，这个原始星系离一个前景更近的星系如此之近，以至于研究小组怀疑它们可能是天体邻居。去年10月，当JADES的工作人员花了五天时间用NIRCam对JADES-GS-z14-0进行深入分析时，这个想法被打消了。专门用于识别早期星系的过滤器的应用证实了与JADES-GS-z14-0的极端距离。

JADES团队成员、亚利桑那大学研究员Kevin Hainline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。”。

这个星系也让它的发现者感到惊讶，因为它的光比预期的还要红。这是因为来自JADES-GS-z14-0的光正在被其中的尘埃“变红”，这些尘埃将成为恒星的基石，帮助这个星系变得更大。

另一个惊喜是在JADES-GS-z14-0中发现了氧气。比氢和氦重的元素在恒星的一生中被恒星锻造，然后在这些恒星爆炸时分布在星系中。对JADES-GS-z14-0中氧气的观测可能表明，在这个非常早期的星系中，至少有一代恒星已经生存和死亡。

斯图尔特天文台和亚利桑那大学的JADES研究员Jake Helton说：“所有这些观测结果加在一起告诉我们，JADES-GS-z14-0不像理论模型和计算机模拟预测的早期宇宙中存在的星系类型。”。“考虑到观测到的光源亮度，我们可以预测它在宇宙时间内可能如何增长，到目前为止，我们还没有从我们在调查中观察到的数百个其他高红移星系中找到任何合适的类似物。”

Helton补充道，鉴于JWST为寻找JADES-GS-z14-0而搜索的天空区域相对较小，它的发现对我们在早期宇宙中看到的明亮星系的预测数量有着深远的影响。

他总结道：“在接下来的十年里，天文学家很可能会用JWST发现许多这样的发光星系，甚至可能更早。”。“我们很高兴看到宇宙黎明时存在的星系的非凡多样性！”