詹姆斯·韦伯太空望远镜发现天文学家迄今观测到的两个最遥远星系

一个团队利用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到了天文学家迄今见过的两个最遥远的星系。这些遥远的区域距离地球近 330 亿光年，可以让我们了解宇宙最早的星系是如何形成的。这项研究于 11 月 13 日发表在《天体物理学杂志快报》上，详细介绍了这些发现。

[相关：哈勃和詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的新图像显示“圣诞树”星系闪闪发光。]

星系 UNCOVER z-13 和 UNCOVER z-12 是迄今为止观测到的第二和第四远星系，位于潘多拉星系团 (Abell 2744) 区域。这两个星系是潘多拉星系团 60,000 个光源之一，它们被 JWST 在 2022 年拍摄的一些第一批深场图像捕捉到。由于该空间区域位于几个星系团后面，因此被选中进行此类成像。光线会产生一种自然的放大效果，称为引力透镜。当星系团总质量的引力扭曲其周围的时空时，就会发生这种情况。然后它会放大任何经过附近的光线，并提供星系团后面的更大视野。

已确认在此距离的其他星系在图像中通常显示为红点。然而，据该团队称，这些新星系更大，看起来更像花生和毛茸茸的球。

“我们对早期宇宙知之甚少，了解那个时期并检验我们早期星系形成和成长理论的唯一方法就是研究这些非常遥远的星系，”该研究的共同作者、宾夕法尼亚州立大学天文学家王冰洁在一份声明中说。“在我们进行分析之前，我们只知道三个星系被证实位于这个极远距离附近。研究这些新星系及其特性揭示了早期宇宙中星系的多样性，以及从它们身上可以学到多少东西。”

王还是开展这项研究的 JWST UNCOVER（再电离时代之前的超深 NIRSpec 和 NIRCam 观测）团队的成员。UNCOVER 的早期目标是利用 JWST 获取潘多拉星团周围区域的高细节图像。

由于这些星系发出的光需要经过很长的距离才能到达地球，因此它为我们了解宇宙的过去提供了一个窗口。该团队估计，詹姆斯·韦伯太空望远镜探测到的光是宇宙形成约 3.3 亿年后这两个星系发出的，它经过了大约 134 亿光年才到达太空望远镜。

然而，由于这段时间内宇宙的膨胀，这些星系目前距离地球已接近 330 亿光年。

“这些星系发出的光非常古老，大约是地球的三倍，”研究报告的共同作者、宾夕法尼亚州立大学天文学家、UNCOVER 成员乔尔·莱贾 (Joel Leja) 在一份声明中表示。“这些早期星系就像灯塔，光线穿透构成早期宇宙的非常稀薄的氢气。只有通过它们的光，我们才能开始了解宇宙黎明前支配星系的奇异物理。”

[相关：詹姆斯·韦伯太空望远镜揭开宇宙膨胀速度之谜。]

这两个星系也比之前位于这些极远距离的三个星系大得多。虽然我们的银河系直径约为 100,000 光年，但人们认为早期宇宙中的星系非常紧凑。团队拍摄的星系直径为 2,000 光年，这让人大吃一惊。

“之前发现的这些距离的星系都是点源——它们在我们的图像中看起来像一个点，”王说。“但我们的一个星系看起来细长，几乎像一颗花生，另一个看起来像一个毛茸茸的球。目前还不清楚大小的差异是由于恒星的形成方式还是它们形成后发生了什么，但星系特性的多样性确实很有趣。这些早期星系预计是由类似的材料形成的，但它们已经显示出彼此非常不同的迹象。”

为了推断这些早期星系，研究小组使用了详细的模型。他们认为，这两个星系除了年轻（以太空标准衡量）之外，其成分中金属含量也很少，而且正在快速成长并积极形成恒星。

“第一批元素是在早期恒星的核心中通过聚变过程形成的，”莱贾说。“这些早期星系没有金属等重元素是有道理的，因为它们是第一批制造这些重元素的工厂之一。当然，它们必须年轻且有恒星形成才能成为第一批星系，但确认这些特性是对我们的模型进行的重要基本测试，有助于确认大爆炸理论的整个范式。”

天文学家将继续利用透镜群和詹姆斯·韦伯太空望远镜上的仪器来追溯宇宙中一些最早星系的时间线。