来自詹姆斯韦伯太空望远镜的新创纪录星系的5大教训

    一个新的所有时间的纪录！詹姆斯韦伯太空望远镜的JADES-GS-z14-0发现将从来看到的最早的星系推回到大爆炸后刚好2.9亿年。

STARTS WITH A BANG — JUNE 3, 2024

Ethan Siegel

 

用来自詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外光谱仪仪器新获得的光谱数据，星系JADES-GS-z14-0如右上角插图所示刚刚已经打破了所有时间从来发现的最遥远/最高红移星系的纪录。Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA)

关键要点

    用来自詹姆斯韦伯太空望远镜高级深部银河系外勘查（JADES）合作的新光谱跟踪数据，星系JADES-GS-z14-0刚刚已经打破了所有时间最遥远星系的纪录。

    这个星系不仅教我们当宇宙不到3亿岁老时相对大而明亮的星系已经存在，它甚至提高超出詹姆斯韦伯太空望远镜的限制的恒星和星系的可能性。

    从恒星形成的教训到宇宙中尘埃的演化，这里是来自詹姆斯韦伯太空望远镜的新创纪录星系的五个最大教训。

    我们看到处，我们的宇宙都充满发光的物质。.

“红死”星系NGC 1277被发现位于英仙座星系团内。虽然其他星系包含红色和蓝色恒星的一个混合，但这个星系在近似100亿年内已经没有形成新的恒星。前景、更近的天体如恒星以及更远的星系，在整个这张图像中无处不在。Credit: NASA, ESA, M. Beasley (Instituto de Astrofísica de Canarias), and P. Kehusmaa

    星系被恒星提供动力，在整个宇宙中散布存在。

构成潘多拉星系团的星系Abell 2744存在于三个隔开的星系团成分中，视觉上很容易识别，而其余的背景来源被散布在整个宇宙中，包括许多来自宇宙历史约前10亿年的星系。现在已知这个视野包含许多从来发现的最早的星系，以及迄今为止从来发现的最年轻的原始星系团：大爆炸后仅6.5亿年。Credit: R. Bezanson et al., ApJ submitted, JWST UNCOVER Treasury Survey, 2023

    更远外，它们更蓝、更小、更少进化了。

与现在的银河系相媲美的星系是众多的，但比银河系一样更年轻的星系一般内在的比我们今天看到的星系更小、更蓝、更混沌、气体更丰富。对所有星系中的第一个星系，这种效应走到极端。回到我们从来已经看到的，星系遵循这些规则。Credit: NASA, ESA, P. van Dokkum (Yale U.), S. Patel (Leiden U.), and the 3-D-HST Team

    甚至在我们仪器的极限，星系仍然丰富的。

这一微小的詹姆斯韦伯太空望远镜高级深部银河系外勘查区域，用詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外相机仪器拍摄，详细展示相对附近的星系，中间距离的星系出现一起聚集，甚至可能正在相互作用或形成恒星的超远星系，尽管它们的性质微弱的红色外观。我们才刚刚开始用詹姆斯韦伯太空望远镜探索宇宙的全部丰富性。Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA)

    没有比詹姆斯韦伯太空望远镜高级深部银河系外勘查更深的观望存在。

这张图片显示詹姆斯韦伯太空望远镜高级深部银河系外勘查（JADES）的研究区域。该区域包括并包含哈勃极限深场，并在哈勃望远镜不能看到的破纪录距离揭示了新的星系。詹姆斯韦伯太空望远镜图像上的颜色不是“真彩色”，而是基于各种选择分配的。这张图像于 2022 年12 月发布，此后已经被在同一空间区域内的后续观测增强，需要光谱观测来确定到这些星系的距离。Credit: NASA, ESA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb); Science credits: Brant Robertson (UC Santa Cruz), S. Tacchella (Cambridge), E. Curtis-Lake (UOH), S. Carniani (Scuola Normale Superiore), JADES Collaboration

    有新的光谱数据，宇宙距离记录已经再次下降。

这张图像显示用詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外光谱仪器获取的遥远星系JADES-GS-z14-0的光谱或强度为波长的一个函数。黎曼断裂特征告诉我们，这个星系的红移为z=14.32，对应于当时宇宙的年龄只有2.85亿岁。Credit: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI). Science: S. Carniani (Scuola Normale Superiore), JADES Collaboration

    JADES-GS-z14-0现在是从来发现的最遥远的星系：在大爆炸后仅2.85亿年。

如果你绘制宇宙时间上的距离记录，很明显有很多大的跳跃：在 1960 年代、1990 年代后期和现在又在 2020 年代的詹姆斯韦伯太空望远镜时代。尽管在宇宙学中仍然有不确定性，但这个新的破纪录星系一定出现在大爆炸后2.7亿至3.05亿年之间。Credit: Stefano Carniani/Kevin Hainline/Twitter

    这里是我们已经从它的发现学到的 5 大教训。.

在詹姆斯韦伯太空望远镜高级深部银河系外勘查场的背景下显示，星系JADEs-GS-z14-0是完全不起眼的，但刚刚已经再次打破了宇宙距离记录，变成从来发现的第一个年龄低于3亿岁的星系：仅为它的当前年龄的2.1%。Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA)

    1.）并非所有的早期星系都是紧凑的。

在最遥远的星系中，GN-z11和GHZ2是在最亮的星系中，但仍然惊人的紧凑。JADES-GS-z14-1是更典型的：更暗但仍然非常紧凑，而JADES-GS-z14-0是更令人费解的：明亮且延伸，提示它的令人难以置信为1700光年的物理尺寸。Credit: S. Carniani et al. (JADES collaboration), arXiv:2405.18485, 2024

    虽然（第二名）JADES-GS-z14-1是点一样的，但它更遥远的兄弟跨度已经跨越1700光年。

星系JADES-GS-z14-0，旁边是一个相近的、远更近的、不相关的恰好沿着完全相同的视线的星系。甚至在两个星系的这张爆炸起来的近红外相机仪器图像中，它的扩展性质也已经清晰可见。Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA); Annotations: E. Siegel

    2.）并非所有超遥远的星系候选都是正确的。

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在詹姆斯韦伯太空望远镜之前，已知大约有40个超遥远星系候选星系，主要经由哈勃望远镜的观测。早期的詹姆斯韦伯太空望远镜结果揭示了许多更超遥远的星系候选星系，但现在仅在詹姆斯韦伯太空望远镜高级深部银河系外勘查125平方弧分的视场中就一个高达717个星系已经被发现。整个夜空的面积更宏大100多万倍，这表明至少有数亿个这样的超遥远星系在那里等待来发现。虽然有些会在光谱随访中幸存，但其它的将不会。仍有待进行许多科学。Credit: Kevin Hainline for the JADES Collaboration, AAS242

    光谱学揭示一些可能的超遥远星系只是尘埃的，内在的红色的。

虽然JADES-GS-z14-0和JADES-GS-z14-1（红色）原来已经是真实的超遥远星系，但许多候选星系（蓝色）原来是距离我们更小的冒名顶替者：只是内在的是红色和/或尘埃的。由近红外光谱仪器检查了有一个黑色圆圈的蓝点，这表明它毕竟不是一个超遥远的星系。Credit: S. Carniani et al. (JADES collaboration), arXiv:2405.18485, 2024

    3.） 一些星系被更近的闯入者“隐藏”。

在顶部插框中的JADES-GS-z14-0被发现位于一个更近、更亮、更蓝的星系后面（就在右边）。只有通过有令人难以置信的分辨率的光谱学的力量，能够分开这两个源，更远天体的性质可以被确定。Credit: S. Carniani et al. (JADES collaboration), arXiv:2405.18485, 2024

    JADES-GS-z14-0 只是通过沿着同一视线将这个星系与一个更近的星系解开被发现。

詹姆斯韦伯太空望远镜上高度先进的近红外光谱仪器能从一个非常微小的空间区域获取光线。通过正确的对准望远镜到愿望的光源JADES-GS-z14-0和JADES-GS-z14-1能被从甚至极端接近部分重叠的光源分开获取。Credit: S. Carniani et al. (JADES collaboration), arXiv:2405.18485, 2024

    4.） 这个新的纪录保持者惊人的出乎意料的明亮。

通过将从来发现的三个最遥远的星系的光谱叠加在同一张图上，JADES-GS-z13-0（前纪录保持者）、JADES-GS-z14-0（当前纪录保持者）和JADES-GS-z14-1（与JADES-GS-z14-0一起新发现），我们能比较这三个星系的亮度。最遥远的星系也是最亮的，亮度是4或5倍，给天文学家摆出一个难题。Credit: Kevin Hainline/JADES Collaboration

    JADES-GS-z14-0的亮度是之前（JADES-GS-z13-0）记录保持者的五倍，对中红外相机的眼睛甚至令人震惊可见的。

这张四面图显示JADES-GS-z14-0星系的四种不同视图以及光度中红外相机数据。这个星系在7.7微米处有如此多的发射的事实提示中性、加热的氢（Balmer beta）和双电离氧都大丰富的存在。Credit: J.M. Helton et al. (JADES collaboration), arXiv:2405:18462, 2024

    5.） 但是这个星系是极端贫尘埃的。

而后来发现的星系典型的展示大量的尘埃，与来自超新星事件产生尘埃的理论一致，但这两个新的破纪录星系显示仅通过AGB恒星而不是超新星产生的尘埃的证据。这是在新数据中的一个神秘惊奇。Credit: S. Carniani et al. (JADES collaboration), arXiv:2405.18485, 2024

    就好像它之内没有发生过超新星一样。

超新星残骸SN 1987A的中心区域，由詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外相机仪器在2023年首次看到。被詹姆斯韦伯太空望远镜已经揭示的残骸内部的气态和尘埃特征比任何天文台以前的都更详细，因为核心坍塌超新星是宇宙尘埃产生的不可思议的场所。Credit: NASA, ESA, CSA, Mikako Matsuura (Cardiff University), Richard Arendt (NASA-GSFC, UMBC), Claes Fransson (Stockholm University), Josefin Larsson (KTH); Processing: Alyssa Pagan (STScI)

    用詹姆斯韦伯太空望远镜，我们的宇宙的过去继续成为焦点。

甚至从这个放大的詹姆斯韦伯太空望远镜高级深部银河系外勘查场的观望，也很难用肉眼挑出从来发现的最遥远的星系JADES-GS-z14-0。这个动画用一个绿色的圆圈显示它的位置：与一个更亮、更蓝、更近的星系重叠。Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA); Animation: E. Siegel

    大多数寂寞的星期一以图像、视觉效果和不超过 200 字讲述一个天文故事。

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