韦伯太空望远镜发现宇宙早期的星系通常是扁长的 就像法棍一样

韦伯太空望远镜发现宇宙早期的星系通常是扁长的 就像法棍一样 詹姆斯-韦伯太空望远镜的宇宙演化早期发布科学（CEERS）调查所确定的遥远星系样本形状。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Steve Finkelstein（UT Austin）、Micaela Bagley（UT Austin）、Rebecca Larson（UT Austin）哥伦比亚大学的美国国家航空航天局哈勃研究员维拉杰-潘迪亚（Viraj Pandya）解释说："在我们研究的星系中，大约有50%到80%的星系在两个维度上似乎是扁平的。看起来像细长面包棍的星系似乎在早期宇宙中非常常见，这令人惊讶，因为它们在当今宇宙的星系中并不常见。"他是即将发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上的一篇新论文的主要作者，该 论文概述了这一发现。研究小组重点研究了韦伯望远镜提供的大量近红外图像，即宇宙演化早期发布科学（CEERS）巡天，从中挑选出了据估计在宇宙诞生 6 亿至 60 亿年时就已经存在的星系。大多数遥远的星系看起来像法棍面包，而其他星系的形状则像披萨饼和披萨面团球，这一类星系似乎是最小的星系类型，也是最不常见的星系，披萨饼形状的星系在其最长轴上与法棍面包形状的星系一样大。它们在附近的宇宙中更为常见，由于宇宙不断膨胀，附近的宇宙是由更古老、更成熟的星系组成的。我们的银河系的核心是一个超大质量黑洞，周围是由淡黄色的老恒星组成的中央隆起。除此之外，还有蓝色的旋臂，旋臂中充满了年轻的恒星、新形成的恒星以及暗色的尘埃通道。资料来源：NASA 和 STScI银河系过去的形态和星系的演变如果我们能够把时钟拨回数十亿年前，银河系会属于哪一类呢？合著者、图森亚利桑那大学博士生张皓文说："我们的最佳猜测是，它可能看起来更像一根面包棒。这一假设的部分依据是来自韦伯望远镜的新证据理论家们通过估算出了数十亿年前银河系的质量，这表明它在遥远的过去很可能是面包棍的形状。"这些遥远星系的质量也远远低于附近的螺旋星系和椭圆星系 - 它们是像我们这样质量更大的星系的前身。"在早期宇宙中，星系的成长时间要短得多，"哥伦比亚大学的合著者、NASA 哈勃研究员 Kartheik Iyer 说。"确定早期星系的其他类别令人兴奋现在有更多的东西可以分析了。我们现在可以研究星系的形状与它们的外观之间的关系，更好地预测它们是如何更详细地形成的。"研究人员认为是拉长的椭圆形（即法棍面包状）星系的图像，由詹姆斯-韦伯太空望远镜拍摄。"相信"一词反映了这样一个事实，即从侧面看，其中一些星系可能是圆盘（即披萨饼）形状的星系。资料来源：Viraj Pandya et al.哈勃太空望远镜于 1990 年发射升空，至今仍在收集数据。"长期以来，哈勃望远镜一直显示出许多细长星系，"哈勃望远镜的合著者、加那利群岛天体物理研究所（Institute of Astrophysics on Canary Islands）的研究科学家马克-韦尔塔斯-康帕尼（Marc Huertas-Company）解释说。但研究人员仍然想知道：将于 2021 年发射的韦伯望远镜对红外光的灵敏度更高，它能更好地显示出更多细节吗？"韦伯望远镜证实，哈勃望远镜并没有错过它们同时观测到的星系中的任何额外特征。此外，韦伯还向我们展示了更多具有相似形状的遥远星系，而且都非常详细，"Huertas-Company 说。了解早期星系的形状当然，一个问题是，为什么早期的星系往往如此扁平和拉长。潘迪亚解释说，一种假设是，早期宇宙中可能充满了暗物质细丝，它们形成了一种"骨架背景"或"宇宙高速公路"，将气体和恒星引向其中。这些细丝仍然存在，但随着宇宙的膨胀，它们变得更加分散，因此它们可能不太可能促进面包状星系的形成。当研究人员将星系的长宽比与它们的最长轴长度进行对比时，他们发现这些图表看起来明显像香蕉。资料来源：Pandya et al."发疯的星系"与未来研究这篇论文被称为"正在变香蕉的星系"（Galaxies Going Bananas），这是作者在研究数据时突然想到的另一个食物类比。当作者将星系的长宽比与它们的最长轴长度相比较时，他们发现出现的图表看起来很像香蕉，这种形状反映了它们拉长的椭圆体（即面包棒）形状。潘迪亚说："香蕉是另一种说法，这些本质上拉长的星系似乎是宇宙最初 40 亿年中的主要星系。"研究人员不仅需要更大的韦伯样本量来进一步完善遥远星系的特性和精确位置，还需要花费大量时间调整和更新他们的模型，以更好地反映遥远星系的精确几何形状。"这些只是早期结果，"合著者、缅因州沃特维尔科尔比学院副教授伊丽莎白-麦格拉斯（Elizabeth McGrath）说。"我们需要更深入地研究数据，才能搞清楚到底发生了什么，但我们对这些早期趋势感到非常兴奋。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

破纪录的银河系发现：韦伯太空望远镜一瞥宇宙曙光

破纪录的银河系发现：韦伯太空望远镜一瞥宇宙曙光 这张来自美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜（又称韦伯望远镜或 JWST）的红外图像是由 NIRCam（近红外相机）为 JWST 高级深河外星系巡天计划（或 JADES）拍摄的。NIRCam的数据被用来确定哪些星系需要通过光谱观测进行进一步研究。其中一个星系JADES-GS-z14-0（如图所示）被确定为红移14.32（+0.08/-0.20），是目前已知最遥远星系的记录保持者。这相当于宇宙大爆炸后不到3亿年的时间。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Brant Robertson（加州大学圣克鲁兹分校）、Ben Johnson（CfA）、Sandro Tacchella（剑桥大学）、Phill Cargile（CfA）在过去的两年里，科学家们利用美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜（又称韦伯望远镜或 JWST）探索了天文学家所说的宇宙黎明期宇宙大爆炸后最初几亿年的时期，在这一时期诞生了第一批星系。这些星系提供了重要的洞察力，让我们了解宇宙在非常年轻的时候，气体、恒星和黑洞是如何变化的。2023 年 10 月和 2024 年 1 月，一个国际天文学家小组利用韦伯望远镜观测星系，这是 JWST 高级深河外星系巡天（JADES）计划的一部分。利用韦伯望远镜的近红外摄谱仪（NIRSpec），他们获得了大爆炸后仅 2.9 亿年就观测到的一个创纪录星系的光谱。这相当于约 14 的红移，红移是衡量星系的光线被宇宙膨胀拉伸的程度的一个指标。我们邀请了意大利比萨高等师范学院的斯特凡诺-卡尼亚尼（Stefano Carniani）和亚利桑那州图森市亚利桑那大学的凯文-海因莱恩（Kevin Hainline）为我们详细介绍这个源是如何被发现的，以及它的独特性质对星系形成的启示：科学家们利用美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的近红外摄谱仪（NIRSpec）获取了遥远星系JADES-GS-z14-0的光谱，以精确测量其红移，从而确定其年龄。红移可以通过一个被称为莱曼-阿尔法断裂的临界波长的位置来确定。这个星系的历史可以追溯到宇宙大爆炸后不到3亿年。资料来源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）、S. Carniani（Scuola Normale Superiore）、JADES Collaboration高红移星系研究取得突破性进展"韦伯望远镜上的仪器旨在发现和了解最早的星系，在作为 JWST 高级深河外星系巡天（JADES）一部分的第一年观测中，我们发现了大爆炸后最初 6.5 亿年的数百个候选星系。2023年初，我们在数据中发现了一个星系，它有强有力的证据表明它的红移超过了14，这让我们非常兴奋，但是这个星系源的一些特性让我们很警惕。这个光源的亮度出乎我们的意料，这对于一个如此遥远的星系来说是不可能的，而且它距离另一个星系非常近，这两个星系似乎是一个更大天体的一部分。当我们在2023年10月作为JADES起源场的一部分再次观测这个源时，用韦伯更窄的NIRCam（近红外相机）滤镜获得的新成像数据更加指向高红移假说。我们知道我们需要一个光谱，因为无论我们了解到什么，都将具有巨大的科学意义，无论是作为韦伯研究早期宇宙的一个新的里程碑，还是作为一个中年星系的一个令人困惑的怪胎。2024年1月，NIRSpec对这个名为JADES-GS-z14-0的星系进行了近10个小时的观测，当首次处理光谱时，有明确的证据表明这个星系的红移确实达到了14.32，打破了之前最远星系的记录（JADES-GS-z13-0的z=13.2）。鉴于这个星系源的神秘性，看到这个光谱让整个团队都感到无比兴奋。对于我们的团队来说，这个发现不仅仅是一个新的距离记录；JADES-GS-z14-0最重要的一点是，在这个距离上，我们知道这个星系本质上一定非常明亮。从图像上看，这个光源的直径超过了1600光年，证明我们看到的光主要来自年轻恒星，而不是来自一个不断增长的超大质量黑洞附近的发射。这么多的星光意味着这个星系的质量是太阳的几亿倍！这就提出了一个问题：大自然是如何在不到3亿年的时间里创造出如此明亮、巨大和庞大的星系的呢？"揭开古老之光的新启示这些数据揭示了这个惊人星系的其他重要方面。我们看到这个星系的颜色并不像想象中那么蓝，这表明即使在非常早期的时候，一些光线也被尘埃染红了。来自 Steward 天文台和亚利桑那大学的 JADES 研究员 Jake Helton 还发现，JADES-GS-z14-0 被韦伯的中红外仪器（MIRI）以更长的波长探测到，考虑到它的距离，这是一项了不起的成就。中红外成像仪的观测覆盖了可见光范围内发射的光波长，而韦伯望远镜的近红外仪器对这些波长进行了红移。杰克的分析表明，近红外成像观测所暗示的源亮度高于其他韦伯仪器的测量值，这表明该星系中存在强烈的电离气体发射，其形式为氢和氧的明亮发射线。在这个星系生命的早期就存在氧气是一个令人惊讶的现象，这表明在我们观测到这个星系之前，多代大质量恒星已经开始了它们的生命。所有这些观测结果都告诉我们，JADES-GS-z14-0 并不像理论模型和计算机模拟所预测的那种存在于宇宙早期的星系。根据观测到的星系源亮度，我们可以预测它随着宇宙时间的推移可能会如何增长，而到目前为止，我们还没有从我们在巡天观测中观测到的其他数百个高红移星系中找到任何合适的类似物。鉴于搜索发现 JADES-GS-z14-0 的天空区域相对较小，它的发现对我们在早期宇宙中看到的明亮星系的预测数量有着深远的影响。天文学家很可能会在未来的十年中利用韦伯望远镜发现许多这样的明亮星系，甚至可能是更早的星系。我们很高兴能看到宇宙黎明时存在的星系的非凡多样性。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韦伯望远镜首次捕捉到宇宙最早期星系的诞生过程

韦伯望远镜首次捕捉到宇宙最早期星系的诞生过程 这幅插图显示了一个在宇宙大爆炸后几亿年才形成的星系，在重离子时代，气体是透明和不透明的混合体。来自美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的数据显示，这些早期星系附近存在大量冷的中性气体而且这些气体的密度可能比预想的要高。韦伯望远镜在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包括图像和来自其NIRSpec（近红外摄谱仪）上微型遮光器的光谱数据。作为韦伯早期发布科学（ERS）计划的一部分，CEERS的数据被立即发布，以支持类似的发现。资料来源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）这一发现是利用詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）完成的，该望远镜为我们地球上的人们带来了对形成中星系的首次"实时观测"。通过这架望远镜，研究人员能够看到大量气体发出的信号，这些气体在形成过程中不断积累并吸附到一个小型星系上。虽然根据理论和计算机模拟，星系就是这样形成的，但实际情况却从未出现过。"可以说，这是我们看到的第一张'直接'拍摄的星系形成图像。詹姆斯-韦伯之前向我们展示的是处于演化后期的早期星系，而在这里，我们见证了它们的诞生，从而也见证了宇宙中第一批恒星系统的构建。"尼尔斯-玻尔研究所的卡斯帕-埃尔姆-海因茨助理教授说，他领导了这项新研究。这项研究发表在备受推崇的科学杂志《科学》上。他们是如何做到的：研究人员利用复杂的模型，研究了来自这些星系的光线是如何被其内部和周围的中性气体吸收的，从而能够测量出宇宙第一批星系的形成过程。这种转变被称为莱曼-阿尔法转变。通过测量光线，研究人员能够将新形成的星系中的气体与其他气体区分开来。这些测量结果之所以能够实现，要归功于詹姆斯-韦伯太空望远镜极其灵敏的红外摄谱仪功能。大爆炸后不久诞生的星系研究人员估计，这三个星系的诞生大约发生在宇宙大爆炸之后的 4-6 亿年。虽然这听起来像是一个很长的时间，但它相当于在宇宙 138 亿年总寿命的前 3% 到 4% 的时间里形成的星系。宇宙大爆炸后不久，宇宙还是一团由氢原子组成的巨大不透明气体与今天不同的是，今天的夜空中布满了轮廓分明的恒星。"在宇宙大爆炸后的几亿年里，第一批恒星形成，之后恒星和气体开始凝聚成星系。"达拉赫-沃森（Darach Watson）副教授解释说："这就是我们在观测中看到的开始过程。"星系的诞生发生在宇宙历史上被称为"再电离纪元"的时期，当时一些第一批星系的能量和光线冲破了氢气迷雾。研究人员正是利用詹姆斯-韦伯太空望远镜的红外视觉捕捉到了这些大量的氢气。这是迄今为止科研人员发现的对寒冷的中性氢气最遥远的测量，氢气是恒星和星系的组成部分。关于早期宇宙宇宙的"生命"始于大约 138 亿年前的一次巨大爆炸宇宙大爆炸。这一事件产生了大量的亚原子粒子，如夸克和电子。这些粒子聚集在一起形成质子和中子，随后凝聚成原子核。宇宙大爆炸后大约 38 万年，电子开始围绕原子核运行，宇宙中最简单的原子逐渐形成。第一批恒星是在几亿年后形成的。在这些恒星的内部，形成了我们周围更大、更复杂的原子。后来，恒星凝聚成星系。我们已知最古老的星系是在宇宙大爆炸后大约 3-4 亿年形成的。我们的太阳系诞生于大约 46 亿年前宇宙大爆炸后 90 多亿年。进一步了解我们的起源这项研究是由卡斯帕-埃尔姆-海因茨（Kasper Elm Heintz）与哥本哈根大学尼尔斯-玻尔研究所宇宙曙光中心的研究同事达拉赫-沃森（Darach Watson）、加布里埃尔-布拉莫尔（Gabriel Brammer）和博士生西蒙妮-维加尔（Simone Vejlgaard）等人密切合作完成的。这项最新成果让他们离实现这一目标更近了一步。研究小组已经申请了更多的詹姆斯-韦伯太空望远镜的观测时间，希望能够扩大他们的新成果，了解更多关于星系形成的最早时代的信息。"目前，我们正在绘制新观测到的星系形成图，其细节比以前更加丰富。与此同时，我们也在不断尝试突破我们所能看到的宇宙的极限。因此，也许我们会走得更远，"Simone Vejlgaard 说。研究人员认为，新知识有助于回答人类最基本的问题之一。"我们人类一直在问的一个最基本的问题是：'我们从哪里来？'在这里，我们通过揭示宇宙中一些最初的结构产生的时刻，拼凑出了更多的答案。"加布里埃尔-布拉莫尔（Gabriel Brammer）副教授总结说："我们将进一步研究这个过程，希望能够拼凑出更多的拼图碎片。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：