利用詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope），天文学家首次观测到了早期宇宙中一个由内而外生长的星系，这距离宇宙大爆炸仅仅过去了7亿年。这个星系比预期的要小得多，但却比预期的要成熟得多，它的致密内核和快速形成的恒星外围展示了独特的生长模式。
天文学家利用NASA/ESA詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）观测到了一个星系在宇宙早期的"由内而外"的生长过程，此时距离宇宙大爆炸仅仅过去了7亿年。
这个星系比银河系小一百倍，但它在宇宙早期却出奇地成熟。 就像一座大城市一样，这个星系的核心是密集的恒星，但在星系的"郊区"，恒星就变得稀疏了。 就像一座大城市一样，这个星系也开始扩张，外围的恒星形成速度正在加快。
这是有史以来最早探测到的由内向外的星系成长。 在"韦伯"望远镜之前，人们还不可能对宇宙历史上如此早期的星系生长情况进行研究。 由剑桥大学领导的研究人员说，虽然韦伯望远镜获得的图像只是时间的缩影，但研究类似的星系有助于我们了解它们是如何从气体云转变成我们今天观测到的复杂结构的。 研究结果发表在今天（10 月 11 日）的《自然-天文学》杂志上。
天文学家利用 NASA/ESA 詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 观察了早期宇宙中一个星系的“由内而外”的生长过程，当时距大爆炸仅过去了 7 亿年。图片来源：JADES 合作组织
"星系如何随宇宙时间演变是天体物理学中的一个重要问题，"共同第一作者、剑桥大学卡文迪什实验室的桑德罗-塔切拉（Sandro Tacchella）博士说。"在过去的一千万年里，我们已经有了很多关于宇宙一角的星系的优秀数据，但现在有了韦伯望远镜，我们可以获得数十亿年前的观测数据，探测宇宙历史的最初十亿年，这为我们提出了各种新的问题"。
我们今天观测到的星系主要通过两种机制成长：要么它们吸入或吸积气体形成新的恒星，要么它们通过与更小的星系合并而成长。 早期宇宙中是否有不同的机制在起作用，这是一个悬而未决的问题，天文学家希望通过韦伯望远镜来解决这个问题。
塔切拉说："你会发现星系一开始很小，因为气体云会在自身引力的作用下坍缩，形成非常致密的恒星核心，还可能形成黑洞。随着星系的增长和恒星形成的增加，它就有点像一个旋转的花样滑冰运动员：当滑冰运动员拉动手臂时，它们就会产生动力，旋转得越来越快。 星系也有点类似，后来从越来越远的地方吸积的气体使星系旋转起来，这就是为什么它们经常形成螺旋状或圆盘状的原因。"
宇宙大爆炸 7 亿年后看到的星系 NGC 1549。 资料来源：JADES 协作小组
这个星系是JADES（JWST 高级河外巡天）合作项目的一部分，它正在早期宇宙中积极地形成恒星。 它有一个高度致密的内核，尽管年龄相对较小，但其密度与当今大质量椭圆星系相似，而后者的恒星数量是后者的1000倍。 大部分恒星的形成都发生在离核心更远的地方，在更远的地方还有一个恒星形成"团块"。
随着恒星形成的扩散和星系体积的增大，恒星形成活动向外围剧增。 这种增长类型是通过理论模型预测到的，但有了韦伯望远镜，现在就有可能观测到了。
"韦伯望远镜对我们天文学家来说如此具有变革性，原因之一就是我们现在能够观测到以前通过建模预测的东西，"合著者、卡文迪什大学博士生威廉-贝克（William Baker）说。"这就像能够检查你的家庭作业一样。"
研究人员利用韦伯望远镜从银河系发出的不同波长的光线中提取了信息，然后利用这些信息估算出年轻恒星和年老恒星的数量，并将其转换成恒星质量和恒星形成率的估算值。
由于该星系非常紧凑，因此对星系的单个图像进行了"前向建模"，以考虑仪器效应。 研究人员利用包括气体发射和尘埃吸收的恒星群模型，发现核心部分的恒星比较老，而周围的圆盘部分正在进行非常活跃的恒星形成。 这个星系外围的恒星质量大约每 1000 万年翻一番，速度非常快：银河系的质量每 100 亿年才翻一番。
银河系核心的密度以及恒星形成率都很高，表明这个年轻的星系富含形成新恒星所需的气体，这可能反映了早期宇宙的不同状况。
塔切拉说："当然，这只是一个星系，所以我们需要知道当时其他星系在做什么。所有星系都像这个星系一样吗？ 我们正在分析其他星系的类似数据。 通过观察整个宇宙时间内的不同星系，我们或许能够重建星系的生长周期，并展示星系是如何生长到今天的最终大小的。"
编译自/SciTechDaily