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詹姆斯韦伯太空望远镜发现两个从来见过的最早星系（图片）

(2024-05-31 20:31:41)

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杂谈

詹姆斯韦伯太空望远镜发现两个从来见过的最早星系（图片）

By Robert Lea

published 14 hours ago

James Webb Space Telescope

最遥远的JADES-GS-z14-0是一个大质量而明亮的刚好存在于大爆炸后3亿年的星系记录打破者。

人类在被詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外相机仪器拍摄的图像中从来看到的最早和最遥远的星系JADES-GS-z14-0。(Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA).)

詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）已经发现了从来最早和最遥远的不是一个而是两个星系，又继续打破它之前创造的记录。

最远的星系JADES-GS-z14-0被视为是在大爆炸后大约3亿年，比之前的记录保持者至少更早1亿年。这意味着詹姆斯韦伯太空望远镜从这个原始星系看到的光在到达我们的途中已经旅行了135亿年。

JADES-GS-z14-0 也不是孤单的。它与另一个星系JADES-GS-z14-1一起被发现，后者几乎同样遥远，在从来被人类见过的最早星系排名中排名第二。

2023 年 10 月和 2024 年 1 月宣布的这些发现是正在进行的宇宙黎明调查的最新进展，这台耗资 100 亿美元的望远镜已经作为詹姆斯韦伯太空望远镜高级深银河系外调查（JADES）计划的部分提供了便利。詹姆斯韦伯太空望远镜高级深银河系外调查目标是提供其中原始星系中恒星、气体和黑洞当138亿岁老的宇宙是非常年轻时演化的重要见解。

团队成员和卡夫里宇宙学研究所科学家弗兰西斯考（Francesco D'Eugenio）在一份声明中说，“这些星系加入一个来自宇宙历史第一个五亿年小但不断增长的星系种群，在那里我们能真正探测恒星种群以及在它们内的化学元素的独特模式”。

由詹姆斯·韦伯太空望远镜看到的JADES-GS-z14-0星系是迄今为止从来发现的最遥远和最早刚好存在3亿年的星系。 (Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA).)

不过，JADES-GS-z14-0不只是因为它离地球有多远惊人的，而且它在宇宙中存在多早。这个“宇宙黎明”星系的宽度约为1600光年，也因它的巨大和明亮惊人的。

哈佛和史密森尼天体物理中心（CfA）的詹姆斯韦伯太空望远镜高级深银河系外调查团队负责人达涅尔（Daniel Eisenstein）在另一份声明中说，“星系的大小清楚地证明大部分光是被大量年轻恒星产生，而不是落在星系中心的超大质量黑洞上的物质，这将使它出现远更小”。

JADES-GS-z14-0的极端亮度以及这种光度被年轻恒星驱动的事实意味着这个星系代表迄今为止发现的早期宇宙中快速形成大型大质量星系的最引人注目的证据。

詹姆斯韦伯太空望远镜高级深银河系外调查团队成员、加州大学圣克鲁兹分校研究员本（Ben Johnson）补充说，JADES-GS-z14-0表明早期宇宙中的星系形成是非常迅速和强烈的。

他说，“詹姆斯韦伯太空望远镜将允许我们来发现更多这样的星系，也许当宇宙更年轻时，这是来研究星系如何开始的绝佳机会”。

詹姆斯韦伯太空望远镜看到红来发现早期星系

詹姆斯韦伯太空望远镜擅长观察早期星系要归功于它的仪器的高红外灵敏度，特别是它的主要成像仪近红外相机（NIRCam）。

光以范围很广波长离开这些宇宙黎明星系，类似于来自更靠近银河系的星系的光。正是数十亿年的旅程将这种光转化为电磁波谱中近红外和红外区域的低能量和长波长的光。

空间的非常织造正在膨胀，随光穿过它它的波长被随之拉伸。这造成光向下“移动”到电磁波谱的红端，因此这种“红移”现象的名称。

太阳跨电磁波谱发射光，包括可见光的所有颜色。 (Image credit: NASA's Imagine the Universe)

距离更远的星系在它们的光到达我们之前不得不跨更多的空间（随它膨胀而被拉伸），因此光体验更多的红移。因此被表示为z的红移能被用来测量到有已知光谱的天体的距离。因为光来旅行要用有限量的时间，这个距离能被用来计算就像我们看到这些星系多久前存在一样。

JADES-GS-z14-0有一个为z = 14.32的红移，而之前最遥远的星系JADES-GS-z13-0有一个为z = 13.2的红移，这把它放在大爆炸后4亿年存在。清楚的，这个新发现的星系已经绝对打破了这一记录，詹姆斯韦伯太空望远镜又看回时间中1亿年左右。

高等师范学院的詹姆斯韦伯太空望远镜高级深银河系外调查合作团队成员斯太法诺（Stefano Carniani）说，“JADES-GS-z14-0现在变成这种现象的原型，宇宙能在仅3亿年内弄出这样一个星系是令人惊讶的”。

由詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外光谱仪器测量的JADES-GS-z14-0的红移光谱。 (Image credit: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI). Science: S. Carniani (Scuola Normale Superiore), JADES Collaboration.)

JADES-GS-z14-0失活了一些惊奇

对詹姆斯韦伯太空望远镜高级深银河系外调查团队并非一切关于JADES-GS-z14-0的立即的清楚的，有些元素可能混淆我们的早期宇宙的图片。

当它第一次被发现时星系是如此更靠近一个前景星系以至于研究小组怀疑它们可能是天体邻居。去年10月，当詹姆斯韦伯太空望远镜高级深银河系外调查的工作人员花了五天时间用近红外光谱仪器对JADES-GS-z14-0进行一个深入分析时这个想法被排除。专门定制来识别早期星系的过滤器的应用证实了到JADES-GS-z14-0的极端距离。.

詹姆斯韦伯太空望远镜高级深银河系外调查团队成员和亚利桑那大学研究员凯文（Kevin Hainline）说，“我们只是不能看到任何合理的来解释这个星系只是一个更近星系的邻居的方法”。

这个星系也让它的发现者惊讶，因为它的光比预期的甚至更红。这是因为JADES-GS-z14-0发出的光被它之内的将变成恒星的构建块的尘埃“变红”，帮助这个星系甚至变得更大。

另一个惊奇是在JADES-GS-z14-0中发现了被在恒星的一生中锻造比氢和氦重的元素氧，然后当这些恒星爆炸时分布过星系。在JADES-GS-z14-0中氧的观测可能表明至少有一代恒星已经在这个非常早期的星系中生活和死亡。

詹姆斯韦伯太空望远镜高级深银河系外调查研究员贾克（Jake Helton）说，“所有这些观测结果都告诉我们，JADES-GS-z14-0不像已经被理论模型和计算机仿真预测的在早期宇宙中存在的星系类型，鉴于观测到的光源亮度，我们能预报它在宇宙时间内如何生长，到目前为止，我们还没有从我们在我们的调查中观察到的数百个其他星系中发现任何合适的类似物”。