韦伯望远镜揭开120亿年前恒星形成星系的秘密

詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）拍摄的新图像让澳大利亚天文学家揭开了宇宙早期星系如何开始恒星形成爆炸的秘密。

一些早期星系充斥着大量气体，它们发出的光亮超过了新出现的恒星。在一项新的研究中，天文学家发现了这些明亮的星系在大约 120 亿年前是多么的普遍。

来自 JWST 的图像显示，宇宙早期几乎 90% 的星系都有这种发光气体，产生所谓的"极端发射线特征"。

一个遥远的极端发射线星系的图像。由詹姆斯-韦伯太空望远镜（左）和哈勃太空望远镜（右）拍摄。该对比凸显了 JWST 图像的清晰度。资料来源：ARC 三维全天空天体物理卓越中心（ASTRO 3D）。

"这些年轻星系中的恒星非常了不起，它们能产生恰到好处的辐射来激发周围的气体。这些气体反过来比恒星本身更加闪亮，"ARC 三维全天空天体物理学卓越中心（ASTRO 3D）和国际射电天文学研究中心（ICRAR）科廷大学节点的安舒-古普塔（Anshu Gupta）博士说，他是描述这一发现的论文的第一作者。

"直到现在，要了解这些星系是如何积累如此多的气体还很困难。我们的发现表明，这些星系中的每一个都至少有一个近邻星系。这些星系之间的相互作用会导致气体冷却，引发强烈的恒星形成，从而产生这种极端的发射特征。"

观测早期宇宙星系的进展

这一发现是一个生动的例子，说明 JWST 望远镜在研究早期宇宙方面提供了无与伦比的清晰度。

"詹姆斯-韦伯望远镜的数据质量非常出色，"古普塔博士说。"它具有足够的深度和分辨率来观察早期星系周围的邻居和环境，当时宇宙只有 20 亿年的历史。利用这一细节，我们能够看到具有极端发射特征的星系和不具有极端发射特征的星系在邻近星系数量上的明显差异。"

詹姆斯-韦伯太空望远镜（左）和哈勃太空望远镜（右）看到的目标星系。JWST 图像前所未有的分辨率和清晰度，让我们可以识别出哈勃都无法看到的邻近星系（青色圆圈）。资料来源：ARC 三维全天空天体物理卓越中心（ASTRO 3D）。

在此之前，我们很难清楚地看到宇宙诞生 20 亿年左右的星系。由于当时许多恒星尚未形成，可关注的星系数量较少，因此这项任务变得更加困难。

古普塔博士说："在 JWST 出现之前，我们只能真正了解大质量星系的情况，而这些星系大多处于非常密集的星系团中，因此研究起来比较困难。以当时的技术，我们无法观测到这项研究中 95% 的星系。詹姆斯-韦伯望远镜彻底改变了我们的工作。"

一个遥远的极端发射线星系的图像。由詹姆斯-韦伯太空望远镜（左）和哈勃太空望远镜（右）拍摄。该对比凸显了 JWST 图像的清晰度。资料来源：ARC 三维全天空天体物理卓越中心（ASTRO 3D）。

证实之前的假设

ASTRO 3D 和哈佛大学及史密森尼天体物理学中心的副主任 Tran 说，这一发现证明了之前的假设。她说："我们怀疑这些极端星系是早期宇宙中激烈相互作用的标志，但只有借助 JWST 的锐利目光，我们才能证实我们的预感。"

这项研究依靠的是作为 JWST 高级深河外星系巡天（JADES）的一部分获得的数据，JADES 正在利用深红外成像和多天体光谱探索宇宙中最早的星系。它为进一步深入了解宇宙开辟了道路。

遥远的极发射线星系图像。詹姆斯-韦伯太空望远镜（左）和哈勃太空望远镜（右）所见。该对比凸显了 JWST 图像的清晰度。资料来源：ARC 三维全天空天体物理卓越中心（ASTRO 3D）。

"这幅作品真正令人兴奋的地方在于，我们看到了最早的星系与最近形成的星系之间的发射线相似性，而且更容易测量。这意味着我们现在有了更多的方法来回答关于早期宇宙的问题，而这一时期在技术上是很难研究的，"第二作者、科廷大学/ICRAR 和 ASTRO 3D 的博士生 Ravi Jaiswar 说。

"这项研究是我们星系演化计划的核心工作。通过了解早期星系的面貌，我们可以在此基础上回答构成我们地球上日常生活中一切的元素的起源问题，"ASTRO 3D主任Emma Ryan-Weber教授说。