“星系的形成似乎比天文學家想象的更快、更早。

作者：Georgina Torbet?|

編譯：唐詩 |

(資料圖片)

使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的研究人員發(fā)現(xiàn)了兩個極其古老的星系，它們來自大爆炸后僅僅3億至4億年。這些星系比預期的要亮得多，使天文學家對他們所了解的宇宙年輕時星系的形成過程提出質(zhì)疑。

JWST的一個項目（GLASS-JWST）的主要調(diào)查員Tommaso Treu在一次新聞發(fā)布會上說："不知何故，宇宙比我們想象的更快更早地形成星系。“

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人類發(fā)現(xiàn)的宇宙中最早星系

韋伯望遠鏡近日發(fā)現(xiàn)了一顆名叫GLASS-z12的星系。該星系形成于宇宙誕生后的3.5億年，成為目前為止人類發(fā)現(xiàn)的宇宙中最早星系。

這些星系是在兩個JWST計劃中確定的，即GLASS-JWST早期釋放科學計劃（來自太空的Grism Lens放大調(diào)查）和宇宙演化早期發(fā)布科學調(diào)查（CEERS）。這些調(diào)查的數(shù)據(jù)確定了具有高紅移的星系，這意味著由于宇宙的膨脹，來自它們的光被轉(zhuǎn)移到光譜的紅色端。紅移越大，光線在到達我們之前傳播得越遠，因此星系越老。

韋伯望遠鏡對宇宙進行紅外觀測以來，于今年夏天發(fā)現(xiàn)一顆形成于宇宙大爆炸后4.5億年的星系。而GLASS-z12星系的發(fā)現(xiàn)再次刷新該紀錄。這兩個星系的發(fā)現(xiàn)可能意味著在遙遠的宇宙中，還有其他更多星系等待被發(fā)現(xiàn)。

為了識別最古老的星系，研究人員首先查看JWST拍攝的圖像，并根據(jù)它們的顏色選擇感興趣的星系。他們尋找不出現(xiàn)在可見光波長但確實出現(xiàn)在JWST紅外范圍內(nèi)的星系。這意味著一個星系被紅移得如此之多，以至于它的光已經(jīng)移出了可見光范圍，使其成為一個非常早期的星系。

挑戰(zhàn)在于，還有其他原因?qū)е滦窍悼赡懿粫霈F(xiàn)在可見光圖像中。例如，光學光可能被塵埃阻擋，或者星系可能只是異常紅色。為了確認一個給定的星系確實非常古老，我們需要更多的光譜學形式的數(shù)據(jù)。

“當我們看到來自不同元素的發(fā)射線時，獲得源的光譜，它確實準確地告訴我們我們正在看什么，”CEERS的共同研究員Jeyhan Kartaltepe說。“所以這就是我們需要走向的黃金標準。“

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天文學的全新篇章

最近宣布的兩個星系尚未通過光譜測量得到證實，但最遙遠的星系已經(jīng)初步確認了來自ALMA的數(shù)據(jù)，即阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列。

Garth Illingworth是第一個再電離時代光譜完整和公開發(fā)布銀河系外研究星系調(diào)查的共同研究員，他說他們對他們的發(fā)現(xiàn)充滿信心：

“已經(jīng)有很多更早星系的初步公告，我們?nèi)栽谂φ沓銎渲幸粋€可能是真實的社區(qū)，“伊林沃思說。

隨著校準的完善，研究人員對JWST早期數(shù)據(jù)的準確性進行了一些反復討論。一些非常早期的結果公布了紅移高達13的星系，但這個數(shù)字現(xiàn)在已經(jīng)通過更精確的校準被細化到12.5。這是因為最早的數(shù)據(jù)是基于在地面上進行的校準，而最近的數(shù)據(jù)反映了十月份望遠鏡在太空中進行的校準。校準JWST的儀器是一個漫長的過程，隨著時間的推移，讀數(shù)會變得更加準確。

除了證實這些發(fā)現(xiàn)外，收集這些目標的光譜數(shù)據(jù)將更深入地了解早期星系的內(nèi)容。

“這就像使用棱鏡，我們能夠看到銀河系光譜中具有不同顏色的不同原子元素的指紋，”GLASS-JWST聯(lián)合研究員Alaina Henry解釋說。“因此，我們獲得了有關星系內(nèi)容，它們形成恒星的速度以及氣體運動的更詳細信息。“

目前，這些早期星系的極端亮度導致天文學家重新思考他們對最早恒星的假設。雖然非常明亮的星系通常質(zhì)量很大，但這些早期明亮的星系可能沒有那么大——它們只是充滿了第三星族恒星。第三星族星仍然是假設的，但這個想法是它們是最早的恒星之一，其組成與我們今天看到的恒星不同。

“這開啟了一個關于恒星的性質(zhì)以及它們?nèi)绾涡纬梢约霸缙谛纬傻暮阈穷愋偷恼麄€問題，”伊林沃思說。

“這是天文學的一個全新篇章。就像正在做一次考古挖掘，突然發(fā)現(xiàn)一個失落的城市或者一些你不知道的東西。實在是太驚人了。”羅馬國家天體物理研究所的研究員保拉·桑蒂尼（Paola Snatini）說道。

據(jù)法新社此前報道，美國宇航局（NASA）、歐洲空間局（ESA）和加拿大太空局（CSA）聯(lián)合研發(fā)的紅外線觀測用太空望遠鏡詹姆斯·韋伯望遠鏡于今年1月8日正式部署完成。韋伯的任務是尋找最早、最遙遠的恒星和星系，開啟對宇宙起源的探索。

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延伸閱讀

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一是對小行星的防御，防止其對地球造成損害。“較大的小行星一旦撞擊到地球，其釋放出能量的相當于幾十個核彈，不僅會對地球造成巨大損失，甚至會毀滅地球上的人類。因此當前對小行星的防御已經(jīng)提到國際航天界的日程上來。”

二是開發(fā)小行星，對小行星上的有用的礦產(chǎn)資源加以利用，“小行星上有很多重要的礦產(chǎn)，如果將小行星的礦產(chǎn)開發(fā)并取回來，可以為人類社會的發(fā)展服務。”

三是學術研究，在對小行星的探測過程中，可對天體形成的過程，以及人類生命的起源等進行基礎研究工作。

國家當前高度重視航天領域建設工作，相關任務日益飽滿，預計戰(zhàn)略航天相關產(chǎn)業(yè)鏈景氣度將持續(xù)提升。

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