韦伯望远镜发现早期宇宙许多遥远的星系具有独特的扁平和拉长形状

望远镜技术的进步，特别是詹姆斯-韦伯太空望远镜的使用，加强了对星系形状的分类。最近的一项研究对遥远的星系进行了分析，发现早期宇宙中普遍存在不寻常的扁平和拉长形状的星系，这与较近的星系形成了鲜明对比。这对之前关于星系形成和演化的假设提出了挑战。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Steve Finkelstein（UT Austin）、Micaela Bagley（UT Austin）、Rebecca Larson（UT Austin）

一个多世纪以来，天文学家们一直在对远近星系进行分类，既用肉眼比较它们的形状，也用光谱数据精确测量它们的属性。例如，埃德温-哈勃在 1926 年创造了哈勃音叉（见下图），开始对附近星系的形状和大小进行分类，结果显示许多星系都是螺旋星系和椭圆星系。

随着望远镜仪器的灵敏度越来越高，对其形状进行更准确的分类也变得越来越容易。詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）的新数据为天文学家的分类增添了细微差别。由于韦伯望远镜是用红外光观测的，因此它的图像中出现了更多极其遥远的星系。此外，这些图像非常精细，让研究人员能够确定是否有额外的恒星形成区域--或者确认它们不存在。

星系是宇宙中非常重要的基本组成部分。有些星系结构简单，有些则非常复杂。1926 年，美国天文学家埃德温-哈勃（Edwin Hubble）提出了一个星系分类方案，这是建立星系演化连贯理论的第一步。虽然这个方案也被称为哈勃音叉图，但现在被认为有些过于简单，其基本思想仍然有效。资料来源：美国国家航空航天局

美国国家航空航天局哈勃研究员、纽约哥伦比亚大学的维拉杰-潘迪亚（Viraj Pandya）领导的研究小组最近分析了韦伯宇宙演化早期发布科学（CEERS）巡天中的数百个遥远星系（见下图）。CEERS有意覆盖了与哈勃太空望远镜的扩展格罗斯带（见下图）相同的大部分区域，后者是用于创建宇宙大会近红外深河外星系遗产巡天（CANDELS）的五个区域之一。这样，他们就可以在望远镜观测重叠的地方重复检查韦伯望远镜的结果。

"我们对韦伯星系的分析与哈勃太空望远镜星表中的星系非常一致，"潘迪亚证实说。"两组数据让我们能够在进行分析时全面审核我们的模型，并更好地理解和分类只有韦伯探测到的星系。"研究小组在开始分析时，首先根据相似的特征将星系分成了几大类。(他们没有对每个星系的外观进行分类，因为这需要光谱数据中的详细信息）。

凝视这幅广阔的图景。它是由詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）用近红外线拍摄的多幅图像拼接而成的--它实际上是在活动着。图片来源：NASA、ESA、CSA、Steve Finkelstein（UT Austin）、Micaela Bagley（UT Austin）、Rebecca Larson（UT Austin）、Alyssa Pagan（STScI）

他们发现，宇宙在 6 亿至 60 亿岁时，有一系列奇特的形状。占主导地位的星系形状看起来扁平而修长，就像泳池面条或冲浪板。在他们研究的所有遥远星系中，这两种类型的星系约占50%到80%--这是一个惊喜，因为这些形状在近处的星系中很少见。

韦伯探测到的其他星系看起来是圆形的，但也有扁平的，就像飞盘一样。星系数量最少的一类是形状像球体或排球的星系。

这张来自哈勃太空望远镜的图像显示了天空中被称为"延伸格罗斯带"（EGS）的部分。CEERS 勘测的研究人员利用詹姆斯-韦伯太空望远镜用红外线观测了延伸格罗斯带。图片来源：NASA、ESA、M. Davis

韦伯的数据还解开了哈勃太空望远镜几十年前观测到的一个谜题。为什么那么多遥远的星系看起来像长长的线条？是不是还有更多的星系没有出现在它的图像中？韦伯很快就回答了这个问题：哈勃没有错过任何东西。

潘迪亚说："韦伯证实了哈勃早已向我们展示的东西，但在红外光下更为详细。综合观测结果表明，在早期宇宙中，有更多的星系看起来是扁长的。这具有深远的影响，因为我们通常认为像我们银河系这样的星系一开始是圆盘状的，但事实可能并非如此。"

这些是美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜在宇宙演化早期释放科学（CEERS）调查中捕捉到的遥远星系的例子。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Steve Finkelstein（UT Austin）、Micaela Bagley（UT Austin）、Rebecca Larson（UT Austin）

在宇宙历史的早期，星系的形状为何如此不同？这个问题目前还没有答案，但我们正在进行研究，以便更好地了解星系在整个宇宙时间中是如何演变的。

查看更多星系样本（见上图，来自韦伯的 CEERS 勘测），并更具体地比较它们的三维形状（见下图）。

詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）已经在帮助研究人员微调他们对遥远星系的分类--为已经进行了几十年的分析增加了重要的速度和细节。

在左上方，韦伯的调查显示了一种在早期宇宙中罕见，但在今天却很常见的分类：形状像球体或排球的星系。右上方是扁平的圆盘或飞盘，它们只是稍微常见一些。

早期占主导地位的星系形状看起来扁平而修长，就像左下方的冲浪板，或者右下方的泳池面条。这两种形状的星系在天文学家迄今为止研究过的所有遥远星系中约占 50%到 80%--这是一个惊喜，因为这些形状的星系在附近星系中并不常见。

天文学家在分类方面取得的进步归功于韦伯望远镜的灵敏度、高分辨率图像以及对红外光的专门研究。天文学界还需要利用韦伯望远镜和其他望远镜提供的更大样本量，对更遥远的星系进行全面分类，然后才能确定任何确定的分组。

共同作者、缅因州沃特维尔科尔比学院副教授伊丽莎白-麦格拉斯（Elizabeth McGrath）解释说："通过继续这项研究，我们和其他团队将能够提高我们对宇宙历史上此时星系内在结构的理解。通过最终整合来自多个数据集的信息，我们将更好地了解星系在整个宇宙时间中的形状"。

资料来源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）、Viraj Pandya（哥伦比亚大学）、Haowen Zhang（亚利桑那大学）、Lucy Reading-Ikkanda（西蒙斯基金会）

编译自:ScitechDaily