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詹姆斯·韋伯太空望遠鏡揭示早期宇宙的恒星和星系如何形成

發表于 2025-12-10 07:12:33 來源：骨軟筋酥網

這幅來自美國宇航局詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)的紅外圖像是為JWST高級深河外巡天計劃(JADES)拍攝的。它顯示了被稱為南方的斯韋天空區域的一部分，這個區域已經被哈勃太空望遠鏡和其他天文臺很好的伯太研究過了。這里可以看到超過45，空望000個星系。遠鏡宇宙鳴謝:美國航天局、揭示歐空局、星和星系加空局、何形布蘭特·羅伯遜(加州大學圣克魯斯分校)、詹姆早期本·約翰遜(CfA)、斯韋桑德羅·塔切拉(劍橋)、伯太瑪西婭·里克(亞利桑那大學)、空望丹尼爾·艾森斯坦(CfA)。遠鏡宇宙圖像處理:艾麗莎·帕甘(STScI)
（神秘的揭示地球uux.cn）據美國宇航局：成千上萬的小星系散布在黑色背景上。有些是星和星系螺旋形，而有些是水滴形橢圓形。少數螺旋帶藍色，但大多數星系呈現黃色或紅色。少數恒星顯示出八點衍射尖峰。
天文學中最基本的問題是:最初的恒星和星系是如何形成的？美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡已經為這個問題提供了新的見解。韋伯科學生涯第一年中最大的項目之一是JWST高級深河外巡天，或JADES，它將花費大約32天的望遠鏡時間來發現和描述昏暗遙遠的星系。雖然數據還在不斷傳來，JADES已經發現了數百個在宇宙不到6億年前就存在的星系。該小組還發現了閃爍著大量年輕熾熱恒星的星系。
“有了JADES，我們想回答很多問題，比如:最早的星系是如何自我組裝的？它們形成恒星的速度有多快？為什么有些星系會停止形成恒星？”JADES項目的聯合負責人、圖森市亞利桑那大學的瑪西婭·里克說。
明星工廠
德克薩斯大學奧斯汀分校的Ryan Endsley領導了一項對宇宙大爆炸后5億到8.5億年間存在的星系的研究。這是一個被稱為再電離時代的關鍵時期。在大爆炸后的幾億年里，宇宙充滿了氣態的霧氣，使得高能光線無法穿透。到大爆炸后的十億年，霧已經散去，宇宙變得透明，這一過程被稱為再電離。科學家們一直在爭論活躍的超大質量黑洞或充滿熾熱年輕恒星的星系是否是再電離的主要原因。
作為JADES計劃的一部分，Endsley和他的同事們用Webb的NIRSpec(近紅外光譜儀)儀器研究了這些星系，以尋找恒星形成的信號——并發現了大量的恒星。“我們發現的幾乎每一個星系都顯示出這些異常強烈的發射線信號，表明最近有密集的恒星形成。“這些早期星系非常擅長創造熾熱的大質量恒星，”Endsley說。
這些明亮的大質量恒星發出大量的紫外光，通過電離原子，從原子核中移除電子，將周圍的氣體從不透明轉變為透明。由于這些早期星系擁有如此大量的熱大質量恒星，它們可能是再電離過程的主要驅動力。后來電子和原子核的再結合產生了特別強的發射譜線。
Endsley和他的同事們還發現證據表明，這些年輕的星系經歷了恒星快速形成的時期，其間穿插著較少恒星形成的平靜期。這些時斷時續可能發生在星系捕獲形成恒星所需的氣態原料團塊的時候。或者，由于大質量恒星快速爆炸，它們可能周期性地向周圍環境注入能量，阻止氣體冷凝形成新的恒星。
早期宇宙揭示了
JADES計劃的另一個要素是尋找宇宙不到4億年時存在的最早的星系。通過研究這些星系，天文學家可以探索宇宙大爆炸后早期的恒星形成與現在看到的有何不同。由于宇宙的膨脹，來自遙遠星系的光被拉伸到更長的波長和更紅的顏色——這種現象被稱為紅移。通過測量一個星系的紅移，天文學家可以知道它有多遠，從而知道它在早期宇宙中的存在時間。在韋伯之前，只有幾十個星系被觀測到紅移超過8，而宇宙的年齡還不到6.5億年，但JADES現在已經發現了近千個這些極其遙遠的星系。
確定紅移的黃金標準包括查看星系的光譜，這可以測量其在無數密集波長下的亮度。但是一個很好的近似值可以通過使用濾光器拍攝星系的照片來確定，每個濾光器覆蓋一個狹窄的顏色波段，以獲得少量的亮度測量值。通過這種方式，研究人員可以一次估計出數千個星系的距離。
圖森市亞利桑那大學的凱文·海恩林(Kevin Hainline)和他的同事使用韋伯的NIRCam(近紅外相機)儀器獲得了這些測量結果，稱為光度紅移，并確定了700多個候選星系，這些星系存在于宇宙年齡在3.7億至6.5億年之間。這些星系的數量遠遠超出了韋伯發射前的觀測預測。天文臺精致的分辨率和靈敏度讓天文學家比以往任何時候都更好地觀察這些遙遠的星系。
“以前，我們能看到的最早的星系看起來只是一些小斑點。然而這些污跡代表了宇宙開始時數百萬甚至數十億顆恒星，”海恩林說。“現在，我們可以看到其中一些實際上是具有可見結構的擴展對象。我們可以看到恒星群在時間開始后僅僅幾億年就誕生了。”
“我們發現早期宇宙中的恒星形成比我們想象的要復雜得多，”里克補充道。
這些結果將在新墨西哥州阿爾伯克基舉行的美國天文學會第242次會議上公布。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是世界上首屈一指的太空科學天文臺。韋伯將解開我們太陽系的謎團，探索其他恒星周圍的遙遠世界，探索我們宇宙的神秘結構和起源以及我們在其中的位置。Webb是由NASA及其合作伙伴ESA(歐洲航天局)和加拿大航天局領導的一項國際計劃。
勞拉·貝茲馬里蘭州格林貝爾特美國宇航局戈達德太空飛行中心。
克里斯汀·普廉姆馬里蘭州巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所。

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