寻找宇宙中最早的星系

在一项新的研究中，由密苏里大学闫浩景领导的天文学家团队 使用宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST) 早期释放观测的数据，发现了 87 个星系，它们可能是宇宙中已知最早的星系。

密歇根大学物理学和天文学副教授、该研究的主要作者严说，这一发现使天文学家更接近于找出星系首次出现在宇宙中的时间——大约在大爆炸后 200-4 亿年。

“在宇宙的早期发现如此大量的星系表明我们可能需要修正我们之前对星系形成的理解，”闫说。“我们的发现为我们提供了第一个迹象，表明宇宙中可能比之前认为的要早得多地形成了许多星系。”

在这项研究中，天文学家寻找“红移非常高”的潜在星系。闫说，天文学中的红移概念允许天文学家通过观察它们发出的光波中颜色的变化来测量宇宙中遥远物体的距离——比如星系。

“如果一个发光源向我们移动，光就会被‘压缩’，而较短的波长由蓝光或蓝移表示，”严说。“但是，如果 [光源] 远离我们，它产生的光就会被‘拉伸’，并变成更长的波长，以红光或红移为代表。”

Yan 说，埃德温·哈勃 (Edwin Hubble) 在 1920 年代后期发现我们的宇宙在不断膨胀，这对于理解红移在天文学中的应用至关重要。

“哈勃望远镜证实，我们银河系之外的星系正在远离我们，而且距离越远，它们远离我们的速度越快，”闫说。“这与距离概念的红移有关——物体的红移越高，比如星系，它离我们越远。”

因此，严说，寻找红移极高的星系为天文学家提供了一种构建宇宙早期历史的方法。

“光速是有限的，所以光传播一段距离到达我们需要时间，”闫说。“例如，当我们看太阳时，我们看的不是它现在的样子，而是大约八分钟前的样子。那是因为那是太阳辐射到达我们所需要的时间。所以，当我们观察非常遥远的星系时，我们是在观察它们很久以前的图像。”

利用这个概念，Yan 的团队分析了 JWST 捕获的红外光以识别星系。

“星系的红移越高，光到达我们所需的时间就越长，因此更高的红移对应于更早的宇宙观，”闫说。“因此，通过观察红移较高的星系，我们可以更早地了解宇宙在很久以前的样子。”

Yan 表示，JWST 对这一发现至关重要，因为太空中的物体，如位于高红移(11 及以上)的星系，只能通过红外线探测到。这超出了宇航局的哈勃太空望远镜所能探测到的范围，因为哈勃望远镜只能看到从紫外线到近红外线的光。

“JWST 是最强大的红外望远镜，具有适合这项工作的灵敏度和分辨率，”Yan 说。“直到这些第一批 JWST 数据集发布 [2022 年 7 月中旬]，大多数天文学家认为宇宙中应该只有很少的星系超过红移 11。至少，我们的结果挑战了这一观点。我相信这个发现只是冰山一角，因为我们使用的数据只集中在宇宙的一个非常小的区域。在此之后，随着 JWST 继续为我们提供宇宙最深处的新视角，我预计其他天文学家团队将在浩瀚太空的其他地方发现类似的结果。”

“詹姆斯·韦伯太空望远镜对 SMACS 0723-73 的早期释放观测揭示了第一批 z ≈ 11-20 个候选天体，”发表在《天体物理学杂志快报》上。共同作者是 MU 的 Chenxiaoji Ling;马萨诸塞大学阿默斯特分校的 Zhiyuan Ma;中国科学院南美天文中心和中国国家天文台的程程和黄嘉生。