韦伯探索宇宙黎明：见证第一批以冷气体为食的星系

韦伯探索宇宙黎明：见证第一批以冷气体为食的星系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期的要高。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、JosephOlmsted（STScI）只有詹姆斯-韦伯太空望远镜才能探测和研究这些星系，当宇宙只有几亿年历史时，这些星系就在稠密、不透明的气体中形成了。虽然我们并不清楚第一批恒星开始闪耀的确切时间，但我们知道它们一定是在氢原子和氦原子形成的重组时代（宇宙大爆炸后38万年）之后的某个时间，也就是在已知最古老的星系出现之前（宇宙大爆炸后4亿年）形成的。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，开启了重电离时代，结束了宇宙的黑暗时代。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI研究人员通过分析美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜（NASA'sJamesWebbSpaceTelescope）的数据，确定了三个星系的位置，它们可能正在积极形成，当时宇宙的年龄只有4亿到6亿年。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纯粹是氢和氦，它们是宇宙中最早存在的元素。韦伯望远镜的仪器非常灵敏，因此能够探测到这些星系周围异常密集的气体。这些气体最终很可能会为星系中新恒星的形成提供燃料。"这些星系就像是在一片原本中性、不透明的气体海洋中闪闪发光的岛屿，"第一作者、丹麦哥本哈根大学宇宙黎明中心（DAWN）天体物理学助理教授卡斯帕-海因茨（KasperHeintz）解释说。"如果没有韦伯望远镜，我们就无法观测到这些非常早期的星系，更不用说了解它们的形成过程了。""我们正在摒弃将星系视为孤立生态系统的看法。在宇宙历史的这一阶段，星系都与星系间介质及其原始气体细丝和结构紧密相连，"合著者、同时也是破晓天文台的博士生西蒙娜-尼尔森（SimoneNielsen）补充说。130多亿年前，在重离子时代，宇宙是一个非常不同的地方。星系之间的气体在很大程度上对高能光不透明，因此很难观测到年轻的星系。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。经过数亿年的时间，气体从中性、不透明的气体转变为电离、透明的气体。资料来源：NASA、ESA、CSA、JoyceKang（STScI）在韦伯望远镜的图像中，这些星系看起来就像模糊的红色污点，因此额外的数据（即光谱）对研究小组的结论至关重要。这些光谱显示，这些星系发出的光被大量中性氢气吸收。合著者之一、破晓天文台教授达拉赫-沃森（DarachWatson）说："这些气体一定非常广泛，覆盖了星系的很大一部分。这表明我们看到的是中性氢气体聚集成星系的过程。这些气体将继续冷却、凝结，并形成新的恒星。"宇宙大爆炸后的几亿年，也就是所谓的"重离子时代"（EraofReionization），当时的宇宙与现在截然不同。(恒星和星系之间的气体在很大程度上是不透明的。整个宇宙的气体直到宇宙大爆炸后10亿年左右才变得完全透明。星系中的恒星对其周围的气体进行加热和电离，使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拥有年轻恒星群。"沃森补充说："我们看到大量气体储层的事实也表明，这些星系还没有足够的时间形成大部分恒星。韦伯不仅实现了推动其开发和发射的任务目标，而且还超越了这些目标。"这些遥远星系的图像和数据在韦伯之前是不可能获得的，"合著者、破晓天文台副教授加布里埃尔-布拉莫尔（GabrielBrammer）解释说。"另外，当我们第一次瞥见这些数据时，我们对将要发现的东西已经有了很好的感觉--我们几乎是靠眼睛来发现的"。还有许多问题需要解决。这些气体具体在哪里？有多少位于星系中心附近，或者星系外围？这些气体是原始的，还是已经充满了更重的元素？未来还有大量研究工作要做。"海因茨说："下一步是建立大型星系统计样本，详细量化星系特征的普遍性和显著性。深深地凝视这幅广阔的图景。它是由詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）用近红外线拍摄的多幅图像拼接而成的--它实际上是在活动着。图片来源：NASA、ESA、CSA、SteveFinkelstein（UTAustin）、MicaelaBagley（UTAustin）、RebeccaLarson（UTAustin）、AlyssaPagan（STScI）研究人员的发现得益于韦伯望远镜的宇宙演化早期发布科学（CEERS）调查，其中包括来自望远镜近红外摄谱仪（NIRSpec）的遥远星系的光谱，并作为韦伯早期发布科学（ERS）计划的一部分立即发布，以支持类似的发现。这项研究成果发表在2024年5月24日出版的《科学》杂志上。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434859.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434859.htm

美研究证实一暗淡星系是宇宙早期典型星系

美研究证实一暗淡星系是宇宙早期典型星系美国一项新研究证实，一个异常暗淡的遥远星系是宇宙中第一批星系的典型代表，正是这类星系的光芒“撕裂”氢原子的迷雾，结束了宇宙幼年的“黑暗时代”。新发现有助于深入理解对宇宙演化至关重要的再电离（Reionization）过程。新华社星期五（6月2日）报道，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校日前发声明称，该校研究员与国际同行合作，利用詹姆斯·韦布空间望远镜详细研究了这个编号为“JD1”星系的光谱，并推算了它的准确年龄、结构特征和重元素丰度等。JD1于2012年首次被发现，位于一个巨大星系团后方，星系团的引力透镜作用将其亮度放大了13倍，使人们得以发现它。这篇发表在英国《自然》杂志的新研究显示，JD1星系的形态复杂，体积和质量都比银河系小得多，其光芒呈现的是宇宙年龄仅4.8亿年时的情景。从实际亮度来看，它正是结束宇宙幼年“黑暗时代”的典型星系。研究员指出，受限于观测技术，此前人们发现的最遥远星系大多比较明亮，且数量稀少，在早期星系中不具备代表性。理论认为，对宇宙再电离作出主要贡献的应该是众多低亮度星系，但它们被中性氢原子包裹，难以观测。宇宙大爆炸之后，随着宇宙膨胀、冷却，质子与电子结合成中性氢，此时第一批恒星和星系尚未诞生，宇宙进入没有光芒的“黑暗时代”。几亿年后，第一批恒星和星系发出的高能紫外线使氢原子发生电离，开启“再电离时代”，宇宙变得越来越透明。

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、JosephOlmsted（STScI）这一发现是利用詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）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（DarachWatson）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（KasperElmHeintz）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（DarachWatson）、加布里埃尔-布拉莫尔（GabrielBrammer）和博士生西蒙妮-维加尔（SimoneVejlgaard）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，"SimoneVejlgaard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（GabrielBrammer）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1433169.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1433169.htm

恒星的"灰烬" - 天文学家发现宇宙中第一批恒星的痕迹

恒星的"灰烬"-天文学家发现宇宙中第一批恒星的痕迹巴黎天文台-PSL的博士生AndreaSaccardi说："有史以来第一次，我们能够在非常遥远的气体云中识别第一批恒星爆炸的化学痕迹。"他在佛罗伦萨大学的硕士论文中领导了这项研究。研究人员认为，宇宙中形成的第一批恒星与我们今天看到的恒星非常不同。当它们出现在135亿年前时，它们只包含氢和氦，是自然界中最简单的化学元素。这些被认为比我们的太阳大几十或几百倍的恒星，在被称为超新星的强大爆炸中迅速死亡，第一次用更重的元素丰富了周围的气体。后来的几代恒星都是从这些富集的气体中诞生的，反过来，它们在死亡时也喷射出更重的元素。最早的恒星现在早已不复存在，那么研究人员如何才能更多地了解它们呢？"佛罗伦萨大学副教授、今天发表在《天体物理学杂志》上的研究报告的共同作者StefaniaSalvadori说："可以通过检测它们死亡后散布在环境中的化学元素来间接研究原始恒星。"利用在智利的欧空局甚大望远镜拍摄的数据，研究小组发现了三个非常遥远的气体云，这些气体云是在宇宙只有其目前年龄的10-15%时看到的，其化学指纹与我们从第一批恒星的爆炸中所期望的一致。根据这些早期恒星的质量和它们爆炸的能量，这些第一批超新星释放出不同的化学元素，如碳、氧和镁，这些元素存在于恒星的外层。但是其中一些爆炸的能量不足以排出更重的元素，如铁，这只存在于恒星的核心。为了寻找这些最早作为低能量超新星爆炸的恒星的蛛丝马迹，研究小组因此寻找了铁含量低但富含其他元素的遥远的气体云。他们发现了这一点：在宇宙早期的三个遥远的云层中，铁的含量非常少，但有大量的碳和其他元素--这就是最早的恒星爆炸的指纹。这张图说明了天文学家如何利用像类星体这样的背景物体的光作为灯塔来分析遥远的气体云的化学成分。当类星体的光穿过气体云时，其中的化学元素会吸收不同的颜色或波长，在类星体的光谱中留下暗线。每种元素都会留下一组不同的线条，因此通过研究光谱，天文学家可以计算出中间的气体云的化学成分。资料来源：ESO/L.卡尔萨达这种奇特的化学成分在我们银河系的许多老恒星中也被观察到，研究人员认为这些恒星是第二代恒星，直接由第一代恒星的"灰烬"形成。这项新的研究在早期宇宙中发现了这种灰烬，从而为这一难题增加了一块缺失的部分。Salvadori解释说："我们的发现为间接研究第一批恒星的性质开辟了新的途径，充分补充了对我们星系中恒星的研究。"为了探测和研究这些遥远的气体云，研究小组使用了被称为类星体的光信标--由遥远的星系中心的超大质量黑洞驱动的非常明亮的源。当来自类星体的光在宇宙中旅行时，它会穿过气体云，不同的化学元素会在光中留下印记。为了找到这些化学印记，研究小组分析了用欧洲航天局VLT上的X-shooter仪器观测的几个类星体的数据。X-shooter将光分成极其广泛的波长或颜色，这使得它成为一个独特的仪器，可以识别这些遥远的云层中的许多不同的化学元素。这项研究为下一代望远镜和仪器开创了新的可能，比如欧空局即将推出的极大型望远镜（ELT）及其高分辨率的ArmazoNes高色散埃切莱特光谱仪（ANDES）。意大利国家天体物理研究所的研究员、该研究的共同作者ValentinaD'Odorico总结说："通过ELT的ANDES，我们将能够更详细地研究许多这些罕见的气体云，我们将能够最终揭开第一批恒星的神秘面纱。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357977.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357977.htm

揭开早期宇宙的秘密：天文学家捕捉到来自遥远星系的无线电信号

揭开早期宇宙的秘密：天文学家捕捉到来自遥远星系的无线电信号现在，来自蒙特利尔和印度的研究人员从迄今为止最遥远的星系中捕捉到了一个特定波长的无线电信号，被称为21厘米线，使天文学家能够窥探早期宇宙的秘密。在印度的巨型元波射电望远镜的帮助下，这是第一次在如此大的距离上探测到这种类型的无线电信号。"一个星系会发出不同种类的无线电信号。直到现在，我们只可能从附近的星系中捕捉到这种特殊的信号，将我们的知识限制在那些离地球较近的星系中，"麦吉尔大学博士后研究员ArnabChakraborty说，他由MattDobbs教授指导。"但是多亏了一种自然发生的现象--引力透镜的帮助，我们可以从破纪录的距离捕捉到一个微弱的信号。这将有助于我们了解距离地球更远的星系的构成。"研究人员首次能够探测到来自一个被称为SDSSJ0826+5630的遥远的恒星形成星系的信号，并测量其气体成分。研究人员观察到这个特殊星系的气体含量的原子质量几乎是我们可见的恒星质量的两倍。来自该星系的无线电信号的图片研究小组检测到的信号是从这个星系发出的，当时宇宙只有49亿年的历史，使研究人员能够一窥早期宇宙的秘密。在麦吉尔大学物理系研究宇宙学的Chakraborty说："这相当于回看了88亿年的时间。"引力透镜放大了来自遥远物体的信号，帮助我们窥视早期宇宙。在这个特定的情况下，信号因目标和观察者之间存在另一个大质量物体，即另一个星系而发生弯曲。"共同作者、印度科学研究所物理系副教授NirupamRoy说："这有效地导致信号放大了30倍，使望远镜能够接收到它。"据研究人员称，这些结果证明了用引力透镜观察类似情况下的遥远星系的可行性。它还为用现有的低频射电望远镜探测恒星和星系的宇宙演化提供了令人兴奋的新机会。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339929.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339929.htm

詹姆斯-韦伯望远镜捕捉到宇宙黎明期诞生的星系的首批影像

詹姆斯-韦伯望远镜捕捉到宇宙黎明期诞生的星系的首批影像早期星系形成示意图韦伯望远镜拥有无比强大的红外望远镜，它可以比其他任何仪器窥探到更远的时空。它不断刷新自己的记录，观测到最遥远的恒星和星系，它离宇宙黎明越来越近了。现在，韦伯望远镜成功地看到了一些最早在这个黎明形成的星系。这架望远镜捕捉到了三个星系的图像，它们形成于132亿年前到134亿年前，也就是宇宙大爆炸后4到6亿年之间。"可以说，这些是我们所见过的第一批星系形成的'直接'图像，"该研究的第一作者卡斯帕-埃尔姆-海因茨（KasperElmHeintz）说。"詹姆斯-韦伯号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。"下面是一些图片，通过望远镜仪器上的多个滤镜展示了一个星系。詹姆斯-韦伯通过不同滤光片拍摄的其中一个星系的图像KasperE.Heintzetal.我们知道，对于未经专业训练的人来说，这些图像并不令人印象深刻，但这些模糊的光团是詹姆斯-韦伯迄今为止拍摄到的最重要的图像之一。在宇宙的早期阶段，宇宙是一个非常黑暗、寒冷的地方，到处都是不透明的氢气，没有其他什么东西。最终，物质开始聚集在足够大的口袋里，在宇宙大爆炸后大约1.8亿年诞生了第一代恒星。这种新的光和能量开始与氢相互作用，使其电离和扩散。不久之后，这些早期恒星开始聚集成第一批星系--从宇宙尺度上说是"不久"，也就是大约1.2亿年到2.2亿年之后。这些星系被认为是在氢气的哺育下开始形成自己的新恒星。而这正是新图像所捕捉到的。詹姆斯-韦伯极其灵敏的红外光谱仪能够测量出星系发出的光线是如何被星系内部和周围的中性氢气吸收的。这些信号表明，氢气正在涌入这些小星系，为新的小恒星提供能量，正如现有模型所预测的那样。这项研究的作者加布里埃尔-布拉莫尔（GabrielBrammer）说："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。这是一个我们将进一步研究的过程，直到我们有希望拼凑出更多的拼图碎片。"这项研究发表在《科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432210.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432210.htm