韦伯太空望远镜发现神秘的大质量远古星系JWST-7329

韦伯太空望远镜发现神秘的大质量远古星系JWST-7329JWST-7329：一个罕见的大质量星系，形成于宇宙早期。这张詹姆斯-韦伯太空望远镜NIRCAM图像显示了一个红色圆盘星系，但仅凭图像很难将它与其他天体区分开来。利用JWST对其光线进行的光谱分析揭示了它的反常性质--它形成于大约130亿年前，尽管它所包含的恒星质量是我们今天银河系的4倍。图片来源：詹姆斯-韦伯太空望远镜结果发现，在110多亿年的宇宙早期就已经出现了大质量星系（宇宙红移为3.2），而其形成时间更是要再早15亿年（红移约为11）以上，这一观测结果颠覆了目前的建模，因为暗物质还没有积累到足够的浓度来为恒星的形成提供种子。斯威本科技大学特聘教授卡尔-格莱兹布鲁克（KarlGlazebrook）领导了这项研究，并带领国际团队利用JWST对这个大质量静止星系进行了光谱观测。"我们追逐这个特殊的星系已经七年了，我们用地球上最大的两台望远镜观察了它好几个小时，想知道它的年龄有多大。但它太红、太暗，我们无法测量。最后，我们不得不离开地球，用JWST来确认它的性质。"美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜是哈勃太空望远镜的后继者，也是有史以来送入太空的最强大的红外科学观测站。在距离地球近一百万英里的轨道上，韦伯研究宇宙中一些最遥远的天体。资料来源：美国国家航空航天局星系的形成是现代天体物理学的一个基本范式，它预示着观察到大质量星系的数量会在宇宙早期急剧下降。现在，早在宇宙大爆炸后的10到20亿年，就已经观测到了质量极大的静态星系，这对以前的理论模型提出了挑战。格拉兹布鲁克特聘教授与世界各地的顶尖研究人员合作，其中包括ThemiyaNanayakkara博士、LalitwadeeKawinwanichakij博士、ColinJacobs博士、HarryChittenden博士、GlennGKacprzak副教授以及斯威本天体物理学和超级计算中心的IvoLabbe副教授。"这在很大程度上是一个团队的努力，从我们在2010年开始的红外巡天，导致我们确定这个星系是不寻常的，到我们在凯克和甚大望远镜上花了很多时间尝试，但都未能确认它，直到最后一年，我们花了巨大的精力来弄清楚如何处理JWST的数据并分析这个光谱。"ThemiyaNanayakkara博士领导了对JWST数据的光谱分析，他说："我们现在超越了过去的可能，确认了宇宙深处存在的最古老的大质量静态怪兽。这突破了我们目前对星系如何形成和演化的理解界限。现在的关键问题是，它们如何在宇宙早期如此快速地形成，以及是什么神秘机制导致它们在宇宙其他部分形成恒星时突然停止形成恒星？"国际射电天文研究中心（ICRAR）西澳大利亚大学节点的克劳迪娅-拉戈斯（ClaudiaLagos）副教授在为这项研究建立暗物质浓度演变理论模型方面发挥了关键作用。她说："星系的形成在很大程度上取决于暗物质的聚集方式。在宇宙中如此之早出现这些质量极大的星系，对我们的宇宙学标准模型提出了重大挑战。这是因为我们认为，承载这些大质量星系的大质量暗物质结构还没有来得及形成。我们需要进行更多的观测，以了解这些星系可能有多常见，并帮助我们了解这些星系的真正质量有多大"。格拉兹布鲁克特聘教授希望这能为我们了解暗物质物理学打开一个新的局面。"JWST已经发现越来越多的证据，证明大质量星系形成的时间较早。这一结果创下了这一现象的新纪录。虽然它非常引人注目，但这只是一个天体。但我们希望能找到更多，如果真的找到了，这将真正颠覆我们对星系形成的看法。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418671.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418671.htm

研究人员测量了大爆炸后不到10亿年的星系的大小与亮度关系

研究人员测量了大爆炸后不到10亿年的星系的大小与亮度关系图1.在GLASS-JWST计划中捕获了两个异常明亮的星系。这些星系存在于大爆炸后约4.5亿年和3.5亿年（红移分别约为10.5和12.5），大小分别约为500帕斯卡和170帕斯卡。资料来源：NASA、ESA、CSA、TommasoTreu(UCLA)这些发现是由加州大学洛杉矶分校的TommasoTreu教授领导的"透镜放大的太空调查（GLASS）早期释放科学计划"的一部分。该计划的目的是研究早期宇宙，当时第一批恒星和星系被点燃导致了中性气体的电离和光的出现，被称为再电离时代。然而，重离子化的细节一直不为人知，因为直到今天，望远镜还不能详细地观察宇宙历史上这一时期的星系。发现更多关于再电离时代的信息将有助于研究人员了解恒星和星系是如何演变的，从而创造出我们所看到的今天的宇宙。图2：由于数据有限，在五个波段观察到的星系的大小-光度关系是固定斜率的。F150W面板中的黑色实线和虚线显示了Shibuya等研究人员（2015年；z∼8）和Huang等（2013年；z∼5）在类似静止帧波长下从HST数据中得出的关系。由KavliIPMUJSPS研究员LilanYang领导的一项研究使用GLASS-JWST计划的多波段NIRCAM成像数据来测量星系的大小和光度，以弄清从静止帧光学到紫外线的形态和大小-光度的关系。"这是我们第一次可以用JWST在红移大于7的情况下在静止帧光学中研究星系的特性，尺寸-光度对于确定光度函数的形状很重要，它表明了负责宇宙再电离的主要来源，即众多微弱的星系或相对不太明亮的星系。当光从早期宇宙到我们这里时，它的原始波长将转移到一个更长的波长。因此，用静止框架的波长来阐明它们的内在波长，而不是观察到的波长。以前，通过哈勃太空望远镜，我们只知道星系在静止帧紫外线波段的属性。现在，通过JWST，我们可以测量比紫外线更长的波长，"第一作者Yang说。研究人员首次发现了红移大于7的星系的静止帧光学尺寸-光度关系，即大爆炸后大约8亿年，使他们能够研究尺寸与波长的关系。他们发现在参考光度下的中位尺寸大约是450-600帕斯卡，并且从静止帧光学到紫外线略有下降。研究小组还发现，当允许斜率变化时，尺寸-亮度关系的斜率在最短的波长波段上有些陡峭。"这将表明在较短的波长上有较高的表面亮度密度，因此在估计发光函数时有较少的观测不完全性修正，但这一结果并不是结论性的。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346289.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346289.htm

天体物理学家发现了宇宙的耳语 早期宇宙中最微弱的JD1星系

天体物理学家发现了宇宙的耳语早期宇宙中最微弱的JD1星系JD1星系的投影图（插图），它位于一个名为Abell2744的明亮星系团后面。GuidoRoberts-Borsani/UCLA）；原始图像：NASA,ESA,CSA,SwinburneUniversityofTechnology,UniversityofPittsburgh,STScI在大爆炸之后，宇宙膨胀并冷却到足以让氢原子形成。由于没有来自第一批恒星和星系的光，宇宙进入了一个被称为宇宙黑暗时代的时期。第一批恒星和星系在几亿年后出现，并开始燃烧掉大爆炸留下的氢雾，使宇宙变得透明，就像今天这样。由加州大学洛杉矶分校的天体物理学家领导的研究人员证实了一个遥远的、微弱的星系的存在，该星系是那些光线烧穿氢原子的典型星系；这一发现应该有助于他们理解宇宙黑暗时代是如何结束的。由加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）天体物理学家领导的一个国际研究小组已经证实了早期宇宙中所见到的最微弱的星系的存在。这个被称为JD1的星系是迄今为止被确认的最遥远的星系之一，它是典型的那种烧穿大爆炸留下的氢原子雾的星系，让光线照亮宇宙并将其塑造为今天的样子。这一发现是利用美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜进行的，其结果发表在《自然》杂志上。宇宙生命的头十亿年是其演变的关键时期。在大爆炸之后，大约138亿年前，宇宙膨胀并冷却到足以让氢原子形成。氢原子吸收来自年轻恒星的紫外线光子；然而，在第一批恒星和星系诞生之前，宇宙变得黑暗，进入了一个被称为宇宙黑暗时代的时期。几亿年后，第一批恒星和星系的出现使宇宙沐浴在充满活力的紫外线中，开始燃烧，或电离氢雾。这反过来又使光子能够穿越空间，使宇宙变得透明。确定在那个时代占主导地位的星系类型--被称为"离子化时代"--是今天天文学的一个主要目标，但是在韦伯望远镜开发之前，科学家们缺乏研究第一代星系所需的敏感的红外仪器。加州大学洛杉矶分校博士后研究员、该研究的第一作者GuidoRoberts-Borsani说："迄今为止，用JWST发现的大多数星系都是明亮的星系，这些星系很罕见，而且不被认为特别能代表填充早期宇宙的年轻星系。因此，虽然很重要，但它们不被认为是烧掉所有氢雾的主要媒介。""另一方面，像JD1这样的超暗星系要多得多，这就是为什么我们相信它们更能代表进行再电离过程的星系，使紫外线在空间和时间中不受阻碍地传播。"JD1是如此的昏暗和遥远，以至于如果没有强大的望远镜--以及来自大自然的帮助，研究它是具有挑战性的。JD1位于附近一个名为Abell2744的大型星系团后面，这些星系团的综合引力弯曲并放大了来自JD1的光线，使得它看起来更大，比原来的亮度高13倍。这种效应被称为引力透镜，类似于放大镜如何扭曲和放大其视野内的光线；如果没有引力透镜，JD1可能会被错过。研究人员利用韦伯望远镜的近红外光谱仪NIRSpec获得了该星系的红外光谱，使他们能够确定它的精确年龄和与地球的距离，以及它在相对较短的寿命内形成的恒星数量和灰尘及重元素数量。该星系的引力放大和韦伯望远镜的另一个近红外仪器NIRCam的新图像相结合，也使研究小组有可能以前所未有的细节和分辨率研究该星系的结构，揭示了正在形成恒星的三个主要拉长的灰尘和气体团块。研究小组利用新的数据将JD1的光线追溯到它的原始来源和形状，揭示了一个紧凑的星系，其大小只是像银河系这样的老星系的一小部分，而银河系的年龄为136亿年。由于光线到达地球需要时间，所以JD1被看作是大约133亿年前的样子，当时宇宙的年龄只有现在的大约4%。"在韦伯望远镜开启之前，就在一年前，我们甚至无法梦想确认这样一个微弱的星系，"加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授、该研究的第二作者TommasoTreu说。"JWST和引力透镜的放大能力的结合是一场革命。我们正在改写关于星系如何在大爆炸后立即形成和演化的书"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1364163.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1364163.htm

詹姆斯·韦伯望远镜刚刚发现了两个来自宇宙早期的异常明亮的星系

詹姆斯·韦伯望远镜刚刚发现了两个来自宇宙早期的异常明亮的星系被确认的最遥远的星系被称为GLASS-z12，被认为是大爆炸后3.5亿年的产物。这些星系是在JWST的两个计划中发现的，即GLASS-JWST早期发布科学计划（来自太空的光栅放大测量）和宇宙进化早期发布科学调查（CEERS）。来自这些调查的数据确定了具有高红移的星系，这意味着由于宇宙的膨胀，来自它们的光被转移到光谱的红端。红移越大，光线在到达我们面前时已经走得越远，因此星系越老。红移越大，光线在到达我们之前已经走得越远。为了识别最古老的星系，研究人员首先观察JWST拍摄的图像，并根据其颜色选择感兴趣的星系。他们寻找那些没有出现在可见光波段但却出现在JWST红外范围内的星系。这意味着一个星系被红移了很多，以至于它的光已经移出了可见光范围，使它有可能成为一个非常早期的星系。挑战在于，还有其他原因导致一个星系可能不会出现在可见光图像中。例如，光学光线可能被灰尘阻挡，或者一个星系可能只是异常的红色。为了确认一个特定的星系真的非常古老，我们需要更多光谱学形式的数据。CEERS的共同研究者JeyhanKartaltepe说："获得光源的光谱，当我们看到来自不同元素的发射线时，它真的告诉我们我们在看什么。因此，这是我们需要遵循的金标准。"最近宣布的两个星系还没有得到光谱测量的确认，但是最遥远的星系已经被ALMA（阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列）的数据初步确认。随着校准的完善，研究人员对JWST早期数据的准确性进行了一些检讨。一些非常早期的结果公布了红移高达13的星系，但是这个数字现在已经随着更精确的校准被细化为12.5。这是因为最早的数据是基于在地面上进行的校准，而最近的数据反映了10月份望远镜在太空中时进行的校准。校准JWST的仪器是一个漫长的过程，随着时间的推移，读数将变得更加精确。除了证实这些发现之外，收集这些目标的光谱学数据将使人们更深入地了解早期星系的内容。"这就像使用一个棱镜，我们能够看到不同原子元素的指纹，这些元素在星系的光谱中具有不同的颜色，"GLASS-JWST的共同研究者AlainaHenry解释说。"因此，我们得到了关于星系内容、它们形成恒星的速度以及气体运动的更详细的信息。"就目前而言，这些早期星系的极端亮度正在使天文学家们重新思考他们对最早的恒星的假设。虽然非常明亮的星系通常质量非常大，但可能这些早期明亮的星系并没有那么大的质量--它们只是充满了III类恒星。III类恒星仍然是假设性的，但这个想法是，它们是最早的恒星之一，其成分与我们今天看到的恒星不同。这开启了一个关于恒星的性质以及它们如何形成的课题，以及在非常早期形成的恒星的类型。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333159.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333159.htm

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。