最早星系是什么模样？韦伯揭开了意想不到的宇宙面纱！
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（图片来源：NASA、ESA、CSA、T. Treu /
美国加州大学洛杉矶分校）
韦伯望远镜在巨型星系团Abell 2744的外部区域，拍摄到了迄今为止看到的两个最遥远的星系。该星团由大约500个星系组成, 距离地球约40亿光年。
这些星系并不在星系团Abell 2744内部，而是在其后方数十亿光年处。
上图中间上方小图的星系，是从左侧图像中提取的——它在宇宙大爆炸后4.5亿年就存在了。
而下方小图中的星系是从右侧图像中提取的——它更是早在大爆炸后3.5亿年就存在了。
这两个星系的存在时间都非常接近138亿年前发生的宇宙大爆炸的起点时刻。
与我们的银河系相比，这些星系很小，只有银河系大小的百分之几。
在正式开始科学运作几天后，詹姆斯·韦伯太空望远镜便将天文学家带入了“早期星系”的领域——而这些星系以前隐藏在所有其他望远镜的视野之外。
韦伯望远镜现在揭开了一个非常丰富的宇宙的面纱，其中第一个形成的星系，看起来与我们今天看到的成熟星系截然不同。
研究人员发现了两个异常明亮的星系，它们分别存在于大爆炸后大约3亿年和4亿年左右——它们的极端亮度令天文学家感到困惑。
这两个年轻的星系正在尽可能快地将气体转化为恒星，它们看起来被压缩成球形或盘形，而且比我们的银河系小得多。
这些恒星诞生的开端可能发生在138亿年前发生的大爆炸之后仅1亿年。
韦伯项目之一的共同研究员、美国加州大学洛杉矶分校的托马索·特鲁（Tommaso Treu）表示：
我们看到的一切都是崭新的，韦伯望远镜向我们展示了一个超出我们想象的非常丰富的宇宙。宇宙再一次让我们感到惊讶，这些早期星系在很多方面都非同寻常！
”这个研究结果来自韦伯望远镜的GLASS-JWST项目（Grism Lens-Amplified Survey from Space）的“早期发布科学计划”（Early Release Science Program）和“宇宙演化早期发布科学调查”项目（CEERS，Cosmic Evolution Early Release Science Survey）。
由意大利罗马国家天体物理研究所的马可·卡斯特拉诺（Marco Castellano）和哈佛与史密森尼天体物理中心和麻省理工学院的天文学家Rohan Naidu领导的两篇研究论文已在《天体物理学杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）上发表。
在短短四天的分析中，研究人员就在GLASS-JWST图像中发现了两个异常明亮的星系。
这两个星系分别存在于宇宙大爆炸后大约4.5亿年和3.5亿年（红移z分别约为10.5和12.5），而未来的韦伯光谱测量将有助于证实这一点。
Rohan Naidu表示：
在韦伯发布其第一份数据几天后，我们就惊讶地发现了人类所见最远的星光。
”Rohan Naidu指的是两个GLASS星系中较遥远的那个，它被称为GLASS-z12，据信它的存在可以追溯到大爆炸后仅3.5亿年。
之前这个纪录保持者是星系GN-z11，它存在于大爆炸后4亿年（红移z=11.1），它于2016年被哈勃和凯克天文台（Hubble and Keck Observatory）在“深空计划”（deep-sky programs）中识别出来。
卡斯特拉诺表示：
基于所有的预测，我们曾认为必须搜索更大的宇宙空间才能找到这样的星系。
”这篇GLASS-JWST论文的第四作者保拉·桑蒂尼（Paola Santini）补充道：
这些最新观察结果让你头晕目眩——这是天文学的全新篇章。这就像考古挖掘，突然间你发现了一座‘失落的城市’或一些你从不知晓的宝藏——这真是令人无比震惊！
”瑞士日内瓦大学的Pascal Oesch指出：
虽然这些宇宙早期光源的距离仍需要用光谱学来确认，但它们的极端亮度确实是一个谜，挑战着我们对星系形成的理解。
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（图片来源：《天体物理学杂志快报》
（2022 年）。DOI：10.3847 /
2041-8213 / ac8e6e）
使用JWST/NIRISS、HST/WFC3和HST/ACS滤镜的Abell 2744星团增色图像（红色 = F200W+F160W+F150W+F140W；绿色 = F125W+F115W+F105W+F814W；蓝色 = F606W+F435W)，以及我们的三个红移z≥7的候选星系目标的位置：以洋红色方块（假设通过光谱确认z≥7）或白色圆圈（假设确认为“低红移闯入者”）显示。z-和Y-的位置：原星系团用黄色三角形标记（采用Zheng et al. 2014命名法），仅供参考。
韦伯望远镜的这个观测结果促使天文学家达成共识——即早期宇宙中的星系，不仅数量超出预期，亮度也比预期的要亮得多。
研究人员表示，这将也促使韦伯在随后的深空调查中，更容易发现更多早期星系。
美国加利福尼亚州圣克鲁斯大学的加思·伊林沃思（Garth Illingworth）表示：
我们已经确定了一些非常迷人的东西——这些星系可能在大爆炸后仅1亿年就开始聚集在一起了。没有人预料到‘黑暗时代’会这么早结束——这样一来原始宇宙的年龄就只有当前年龄的百分之一了。而在138亿年的宇宙演化过程中，一亿年只是一瞬间。
”Naidu/Oesch团队成员、美国科罗拉多大学的Erica Nelson指出：
我们的团队对能够测量这些第一批星系的形状感到震惊；它们平静、有序的圆盘形状，对于我们先前关于第一批星系如何在拥挤、混乱的早期宇宙中形成的理论提出了质疑。
”而之所以能在这么早期的宇宙里就发现了圆盘状星系，这是因为韦伯的红外光图像比哈勃的光学图像要清晰得多。
特鲁表示：
这两个星系与我们今天看到的银河系或附近其他大型星系非常不同。
”伊林沃思强调，这些团队发现的这两个明亮星系都拥有大量的光。
他说，一种可能是它们质量非常大，拥有很多低质量恒星——就像后来的其他星系一样。
还有一种可能：它们的质量小得多，由数量少得多的异常明亮的恒星组成——这些恒星被称为“第III星族”（Population III stars）。
长期以来的理论认为，“第III星族”是有史以来第一批诞生的恒星，它们在极高的温度下燃烧，仅由原始氢和氦组成——直到后来，恒星才会在它们的“核聚变炉”中加热更重的元素。
而我们在“本地宇宙”（local Universe）中并看不到这种极端炽热的原始恒星（primordial stars）。
论文第二作者Adriano Fontana表示：
事实上，最遥远的光源非常‘紧凑’，它的颜色似乎表明它的星族特别缺乏重元素，甚至可能包含一些‘第III星族’。只有韦伯光谱才能说明一切。
”目前韦伯望远镜对这两个星系的距离估计，是基于测量它们的红外颜色。
最终，后续跟进的“韦伯光谱测量”将显示光在膨胀的宇宙中是如何被拉伸的——这将为这些宇宙尺度测量提供独立的验证。
参考：
https://phys.org/news/2022-11-webb-curtain-universe-early-galaxies.html
https://www.sci.news/astronomy/webb-two-remarkably-luminous-galaxies-early-universe-11405.html
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