詹姆斯·韦伯太空望远镜见证星光的黎明

前导注释由 詹姆斯·韦伯太空望远镜 早期星系合并的结果表明，恒星的形成速度比以前已知的更快、更有效，揭示了复杂的星团并挑战了当前的宇宙学理论。

• 星系和恒星的演化速度更快 大爆炸 超出预期。
• 第一批星系之一的详细图像显示，其增长速度比我们想象的要快得多。

一个国际研究小组对有史以来第一次星系合并进行了前所未有的详细观察。 他们认为恒星的演化比我们想象的更快、更有效。

他们使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）观察了这个巨大物体，因为它存在于大爆炸后 5.1 亿年（大约 130 亿年前）。

“当我们进行这些观测时，这个星系比早期宇宙中发现的任何其他星系都要大 10 倍，”来自墨尔本大学的 ASTRO 3D 早期星系研究员 Kit Boyett 博士说道。 他是最近发表在《自然》杂志上的一篇论文的主要作者 自然天文学。 该论文包括来自澳大利亚、泰国、意大利、美国、日本、丹麦和中国19个机构的27位作者。

詹姆斯·韦伯太空望远镜于 2021 年发射，使天文学家能够以以前不可能的方式观察早期宇宙。 通过以前的望远镜显示为单光点的物体，例如 哈勃太空望远镜，揭示了其复杂性。

詹姆斯·韦伯太空望远镜展示了 130 亿年前大规模星系合并的细节。 图片来源：Astro 3D

ASTRO 3D 第一星系项目负责人兼合同负责人 Michel Trinity 教授表示：“詹姆斯·韦伯太空望远镜能够提供可观测宇宙边缘星系的详细视图，从而回到过去，令人惊叹不已。”在墨尔本大学。 特里尼蒂教授补充道：“这个太空天文台改变了我们对早期星系形成的理解。”

本文中的观测结果显示，一个星系由多个星团组成，主星团中有两个组成部分，并且有一条长尾，表明两个星系正在合并成一个更大的星系。

“合并还没有结束。我们可以通过仍然可以看到两个物体来判断。长尾很可能是合并过程中一些材料被扔到一边的结果。当两个物体融合时，它们就摆脱了博耶特博士说：“这告诉我们有一次合并，而且这是有史以来距离最远的合并。”

使用詹姆斯·韦伯太空望远镜进行的这些观测和其他观测正在促使天体物理学家修改他们的宇宙早期模型。

“通过詹姆斯·韦伯，我们在早期宇宙中看到的物体比我们预期的要多，而且这些物体的质量也比我们想象的要大，”博耶特博士说。 “我们的宇宙学不一定是错误的，但我们对星系形成速度的理解可能是错误的，因为它们的尺寸比我们想象的要大。”

其他古老星系。 图片来源：Astro 3D

博耶特博士团队的研究结果表明，这些星系能够通过合并非常迅速地积累质量。

但令博耶特博士感到惊讶的不仅仅是星系的大小和它们生长的速度。 他的论文首次描述了构成合并星系的恒星数量，这是詹姆斯·韦伯太空望远镜使之成为可能的另一个细节。

“当我们将光谱分析与成像进行比较时，我们发现了两件事不同。图像告诉我们恒星的数量很少，但光谱显示的是非常古老的恒星。但事实证明两者都是正确的。”博耶特说。 因为我们拥有的不是一组恒星，而是两颗。”

“老居民已经在那里呆了很长时间了，我们认为正在发生的事情是星系的合并正在产生新的恒星，这就是我们在成像中看到的——新恒星位于老居民之上。”

大多数对这些遥远天体的研究都显示出非常年轻的恒星，但这是因为年轻的恒星更亮，因此它们的光在成像数据中占主导地位。 然而，詹姆斯·韦伯太空望远镜可以进行如此详细的观察，以至于可以区分这两个群体。

“事实上，光谱学是如此详细，我们可以看到古代恒星的微妙特征，这些特征实际上告诉我们，那里的东西比我们想象的要多，”博耶特博士说。

“这并不完全令人惊讶，因为我们知道，在整个宇宙的历史中，由于各种原因，存在着新恒星形成的高峰，这导致了多个种群的出现。

“但这是我们第一次在这么远的距离真正看到它们。”

该论文对当前的建模具有重大意义。

“我们的模拟可以产生一个与我们观察到的物体类似的物体，它的年龄与宇宙大致相同，质量也大致相同。但是，这种情况极其罕见。非常罕见，整个模型中只有一个。”观察的机会“我们的观察表明，我们要么非常幸运，要么我们的模拟是错误的，而且这种事情比我们想象的更常见。”

“我们认为我们缺少的是恒星形成的效率更高，这可能是我们需要改变模型的地方。”

参考文献：“大爆炸后 5.1 亿年的巨大相互作用星系”作者：Kristan Boyett、Michele Trinti、Nisha Lithokawalit、Antonello Calabro、Benjamin Metha、Guido Roberts Borsani、Niccolò Dalmaso、Lilan Yang、Paola Santini、Tommaso Trio、Tucker Jones。 阿莱娜·亨利，夏洛特 A. Mason、Takahiro Morishita、Themia Nanayakkara、Namrata Roy、Chen Wang、Adriano Fontana、Emiliano Merlin、Marco Castellano、Diego Paris、Marusha Bradac、Matt Malkan、Danilo Marchesini、Sara Mascia、Karl Glezbrook、Laura Pinterici。 ，Eros Vanzella 和 Benedetta Vulcani，2024 年 3 月 7 日， 自然天文学。
号码：10.1038/s41550-024-02218-7