当哈佛大学的 Rohan Naidu 看到这个星系时，他做的第一件事就是给他的合作者、瑞士日内瓦大学的宇宙学教授 Pascal Oesch 发信息。他做的第二件事是给他女朋友打电话。
“‘你想成为第二个看到可能是已知最遥远星系的人类吗？’” Naidu 回忆道。他说，她看了一眼，觉得“有点令人失望”，然后又回去看电视了。“但她后来也接受了，”他笑着说。
这个有问题的星系候选体，GLASS-z13，在 untrained eye 看来并不起眼。只是一团红色的光斑。但正是这种不起眼的外观吸引了 Naidu 的注意。这就是他期望一个存在于 135 亿年前、接近我们探测能力的极限的星系，从 詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 的视角看，会是怎样的景象。
上周 JWST 的第一批数据公开后，Naidu，他是哈佛-史密森天体物理中心 | 哈佛大学的博士后研究员，花费了所有清醒的时间筛选数据，寻找有史以来探测到的最遥远的星系。他没怎么睡，但他的努力得到了回报。
7 月 19 日，Naidu 和来自世界各地的合作者一起，在开放获取平台 arXiv 上发布了 一篇待专家评审的预印本论文，描述了两个这样的候选星系。他估计其中一个星系约有 135 亿年的历史，是迄今为止探测到的最遥远的星系。这意味着该系统 GLASS-z13，可能早在宇宙大爆炸后约 3 亿年就已存在，而宇宙大爆炸被认为发生在 138 亿年前。因此，GLASS-z13 为天文学家提供了前所未见的宇宙早期景象。并且它已经对关于最早星系的一些现有观念提出了挑战。
“我简直不敢相信我的眼睛，” Naidu 说道，当他第一次在 JWST 数据中看到 GLASS-z13 时。他立刻注意到它明亮清晰，这有点出乎意料。“即使宇宙如此年轻，这些东西却设法经历了一段“成长期”，并迅速变得如此明亮和巨大。”
Naidu 小心翼翼地将 GLASS-z13 描述为“候选”星系，因为团队对第一批 JWST 数据的分析仍需要后续观测来验证。然而，就在 Naidu 将研究上传到 arXiv 的同一天，另一组研究人员也独立发布了一份报告，描述了相同的候选星系 — 并同样将它们定位为我们迄今为止见过的最遥远的星系。
“如果有两个独立的团队看到，那会增加信心，”英国利物浦约翰摩尔斯大学的天体物理学家 Renske Smit 说，她没有参与这两篇论文的研究。但她表示，“我认为我们需要明确的确认，这些星系是在宇宙如此早期形成的。”
Smit 说，这种确认将来自后续的 JWST 观测，这些观测将更仔细地研究来自 GLASS-z13 的光谱。
Naidu 和他的同事最初通过观察这片天空在几种不同的红外波长下的情况来确定候选星系的距离。当光穿过时间和空间时，它的波长会被拉伸得更长。因此，它们的光会显得更红，这就是所谓的“红移”。一个非常非常遥远的星系在我们看来会比一个附近类似的星系更红。科学家们通过估计 GLASS-z13 的光可能发生了多大的红移来估算它的传播距离。
JWST 就像一对夜视镜，旨在探测红外波长范围内微弱的热信号。但这意味着望远镜也能发现老旧、死亡或垂死的星系。因为这些星系比年轻的星系温度更低，即使在附近，它们也可能显得相当红，正如兰开斯特大学副教授、天体物理学家 Brooke Simmons 所说，她也没有参与这项新论文的研究。但 Simmons 表示，她认为研究作者在试图解释这一点方面“做得相当不错”；她说，如果这个系统来自“宇宙的中年时期”，“我们仍然能够通过较短波长的光带看到它，但我们没有看到。”
“如何如此迅速地形成所有恒星？我们认为需要时间来构建一个足够大的星系，拥有足够多的恒星才能如此明亮。”
Renske Smit，利物浦约翰摩尔斯大学天体物理学家
但 GLASS-z13 的红色并不是 Naidu 唯一的线索，表明该候选星系非常遥远。他还注意到了一些缺失的东西：最蓝的光子。
Naidu 解释说，在早期宇宙中，“中性氢的海洋”吸收了最深的蓝色光子，只留下了更红波长的粒子。他说，缺失的光子对应于氢吸收的部分，这表明 JWST 从 GLASS-z13 看到的正是来自宇宙最早期的光。
Naidu 和他的同事们已经在争取 JWST 的观测时间，以进行必要的后续观测来确认他们的估计。接下来的观测将着眼于来自 GLASS-z13 的光谱的特定部分。这将使他们能够更精确地测量候选星系的红移。
GLASS-z13 的特性已经为研究宇宙早期历史的天体物理学家提出了新的问题。首先，它惊人的亮度和质量引起了科学家的注意。他们估计它的质量大约是太阳的 10 亿倍。
“如何如此迅速地形成所有恒星？我们认为需要时间来构建一个足够大的星系，拥有足够多的恒星才能如此明亮，”Smit 说。“所以，要么恒星的形成可能比我们想象的要早，要么这些星系可能以某种方式非常、非常快速地形成恒星。我们还不太清楚。”
Naidu 说，一些科学模型也预测像这样的星系会非常罕见。“但在这里，我们发现了两个，而且离得不远。”
Naidu 论文中描述的另一个候选星系，名为 GLASS-z11，可能比 GLASS-z13 离地球稍近一些。它还增加了一个有趣的细节：它显示出形成螺旋盘的迹象。
“我们没想到这么早就形成盘状星系，”Simmons 说。“几亿年是非常短的时间。我们中的许多人预计会有很多湍流、很多混乱，很多东西只是聚集在一个质量稍大、引力稍强的区域，然后吞噬周围的一切，而不是以形成连贯旋转盘所必需的那种有序结构。”
这项发现，距离 JWST 的第一批数据公开仅一周，仅仅是开始。“这些不是最早的恒星或星系，”Smit 说。“我们可以期待在未来几年里有更多破纪录的星系。我认为我们会看到更遥远、更古老的、更接近大爆炸的恒星。”
更正（2022年7月22日）： 本文已更新，以反映 Pascal Oesch 目前在日内瓦大学任职，而不是耶鲁大学。
