2024-06-29 21:06 来源：本站编辑
这幅图显示了一个星系在宇宙大爆炸后几亿年后形成，当时在再电离时代，气体是透明和不透明的混合物。来自美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据显示，在这些早期星系的附近有很多冷的中性气体，而且这些气体的密度可能比预期的要大。韦伯在2022年开始观测几个月后，作为其宇宙演化早期释放科学(CEERS)调查的一部分，观测到了这些星系。CEERS包括来自其NIRSpec(近红外光谱仪)上的微快门的图像和光谱数据。作为韦伯早期释放科学(ERS)计划的一部分，CEERS的数据立即发布，以支持这类发现。来源:NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
丹麦的一个研究小组最近检查了詹姆斯·韦伯太空望远镜的档案数据，发现了三个遥远的星系，它们在宇宙0岁时正在收集气体只有几亿年的历史。它们的检测和表征是一项了不起的成就目前只有韦伯能够做到这一点，这要归功于它对红外光的专门研究。这些数据首次表明，这些早期星系周围存在大量的气体。这些气体最终会落入星系中，为新的恒星形成提供燃料，并在数百万年的时间里，形成充满恒星的高度结构化星系。
虽然我们不能确定第一颗恒星是什么时候开始发光的，但我们知道它们一定是在重组时代之后的某个时候形成的，当时氢和氦原子形成(大爆炸后38万年)，在已知最古老的星系存在之前(大爆炸后4亿年)。第一批恒星发出的紫外线将充满宇宙的中性氢气分解成氢离子和自由电子，开启了再电离时代，结束了宇宙的黑暗时代。来源:NASA, ESA, CSA, STScI
研究人员分析了来自美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据，确定了三个星系，它们可能在宇宙只有4亿到6亿年的时候就在活跃地形成。韦伯的数据显示，这些星系被气体包围，研究人员怀疑这些气体几乎是纯氢和氦，这是宇宙中最早存在的元素。韦伯的仪器非常灵敏，它们能够探测到这些星系周围不寻常的密集气体。这些气体很可能最终为星系中新恒星的形成提供燃料。
丹麦哥本哈根大学宇宙黎明中心(Dawn)天体物理学助理教授、论文第一作者卡斯珀·海因茨(Kasper Heintz)解释说:“这些星系就像中性、不透明气体海洋中闪闪发光的岛屿。”“如果没有韦伯，我们就无法观察到这些非常早期的星系，更不用说了解它们的形成了。”
“我们正在远离星系作为孤立生态系统的图景。在宇宙历史的这个阶段，星系都与星系间介质及其细丝和原始气体结构密切相关，”同样来自DAWN的合著者和博士生Simone Nielsen补充道。
130多亿年前，在再电离时代，宇宙是一个非常不同的地方。星系之间的气体对高能光来说基本上是不透明的，这使得观察年轻星系变得困难。随着恒星和年轻星系的不断形成和演化，它们开始改变周围的气体。几亿年后，这种气体从中性的、不透明的气体转变为电离的、透明的气体。来源:NASA, ESA, CSA, Joyce Kang (STScI)
在韦伯的图像中，星系看起来像微弱的红色污迹，这就是为什么额外的数据，即光谱，对团队的结论至关重要。这些光谱显示，来自这些星系的光被大量的中性氢气所吸收。“这些气体一定分布非常广泛，覆盖了银河系的很大一部分，”研究报告的合著者、DAWN的教授达拉赫·沃森(Darach Watson)说。“这表明我们看到了中性氢气在星系中的聚集。这些气体会继续冷却，聚集，形成新的恒星。”
宇宙大爆炸后几亿年后的宇宙是一个非常不同的地方，这一时期被称为再电离时代。(见上图)恒星和星系之间的气体基本上是不透明的。宇宙中的气体在大爆炸后大约10亿年才变得完全透明。星系的恒星加热并电离了周围的气体，导致气体最终变得完全透明。
通过将韦伯的数据与恒星形成模型相匹配，研究人员还发现，这些星系主要由年轻恒星组成。沃森补充说:“我们看到大型气藏的事实也表明，这些星系还没有足够的时间来形成它们的大多数恒星。”
韦伯不仅达到了推动其开发和发射的任务目标，而且还超越了这些目标。“在韦伯之前，这些遥远星系的图像和数据是不可能获得的，”DAWN的合著者兼副教授加布里埃尔·布拉默(Gabriel Brammer)解释说。“另外，当我们第一次看到这些数据时，我们对将要发现的东西有很好的感觉——我们几乎是通过眼睛发现的。”
还有许多问题需要解决。具体来说，气体在哪里?有多少位于星系中心附近或星系外围?这些气体是原始的还是已经含有较重的元素?重要的研究还在后面。“下一步是建立大型星系的统计样本，并详细量化它们特征的普遍性和突出性，”海因茨说。
凝视这广阔的风景。它是由詹姆斯·韦伯太空望远镜在近红外光下拍摄的多幅图像拼接而成的，它实际上是在活动。来源:NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (UT Austin)， Micaela Bagley (UT Austin)， Rebecca Larson (UT Austin)， Alyssa Pagan (STScI)
研究人员的发现是可能的，这要归功于韦伯的宇宙演化早期释放科学(CEERS)调查，其中包括望远镜NIRSpec(近红外光谱仪)遥远星系的光谱，并立即发布，以支持这样的发现，作为韦伯早期释放科学(ERS)计划的一部分。
这项研究发表在2024年5月24日的《科学》杂志上。
要了解更多关于这一发现的信息，请参见韦伯首次捕捉到宇宙最早星系的诞生。
参考文献:Kasper E. Heintz, Darach Watson, Gabriel Brammer, Simone Vejlgaard, Anne Hutter, Victoria B. Strait, Jorryt Matthee, Pascal A. Oesch, Páll Jakobsson, Nial R. Tanvir, Peter Laursen, Rohan P. Naidu, Charlotte A. Mason, Meghana Killi, Intae Jung, Tiger Yu-Yang Hsiao, Abdurro'uf, Dan Coe, Pablo Arrabal Haro, Steven L. Finkelstein和Sune Toft, 2024年5月23日，Science。DOI: 10.1126 / science.adj0343
詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦伯正在解开我们太阳系的谜团，放眼其他恒星周围的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源，以及我们在其中的位置。韦伯是一个国际化的人美国国家航空航天局(NASA)及其合作伙伴欧洲航天局(ESA)和加拿大航天局(CSA)领导的一个项目。
