一个使用 NASA 的詹姆斯·韦伯太空望远镜的团队观测到了天文学家有史以来见过的两个最遥远的星系。这些遥远的区域距离地球近 330 亿光年，可以为了解宇宙最早的星系是如何形成的提供见解。这些发现详细记录在一项于 11 月 13 日发表在《天体物理学杂志快报》上的研究中。
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UNCOVER z-13 和 UNCOVER z-12 这两个星系是有史以来观测到的第二和第四遥远的星系，位于一个名为潘多拉星系团 (Abell 2744) 的区域。这两个星系是潘多拉星系团中 60,000 个光源之一，这些光源被捕获在 JWST 于 2022 年拍摄的最早的深场图像中。选择该空间区域进行此类成像是因为它位于几个星系团后面。光线会产生一种称为引力透镜的自然放大效应。当星系团的总质量的引力扭曲其周围的时空时，就会发生这种情况。然后，它会放大任何经过的近距离光线，并提供对星系团后方的更广阔视野。
根据该团队的说法，在这个距离确认的其他星系通常在图像中显示为红点。然而，这些新星系更大，看起来更像花生和毛茸茸的球体。
“关于早期宇宙，我们知之甚少，而了解那个时代并测试我们关于早期星系形成和增长的理论的唯一方法就是通过这些非常遥远的星系，”该研究的合著者、宾夕法尼亚州立大学的天文学家 Bingjie Wang 在一份声明中说。“在我们的分析之前，我们只知道三个在大约这个极端距离确认的星系。研究这些新星系及其特性揭示了早期宇宙中星系的多样性以及我们可以从它们身上学到多少东西。”
Wang 也是进行这项研究的 JWST UNCOVER（宇宙再电离纪元前的超深 NIRSpec 和 NIRCam 观测）团队的成员。JWST UNCOVER 最初的目标是使用 JWST 获取潘多拉星系团区域的高度详细图像。
由于从这些星系发出的光需要很长时间才能到达地球，因此它为我们提供了通往宇宙过去的窗口。该团队估计，JWST 检测到的光是由这两个星系在宇宙年龄约为 3.3 亿年时发出的，并且该光已经传播了约 134 亿光年才到达太空望远镜。
然而，由于在此期间宇宙的膨胀，这些星系目前距离地球近 330 亿光年。
“这些星系的光非常古老，比地球古老约三倍，”研究的合著者、宾夕法尼亚州立大学天文学家、UNCOVER 成员 Joel Leja 在一份声明中说。“这些早期星系就像灯塔，光芒穿透构成早期宇宙的非常稀薄的氢气。只有通过它们的光，我们才能开始理解支配宇宙黎明时期星系的奇异物理学。”
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这两个星系也比之前位于这些极端距离的三个星系大得多。虽然我们的银河系横跨约 100,000 光年，但早期宇宙中的星系被认为非常压缩。像团队成像的一个星系那样横跨 2,000 光年的星系是一个惊喜。
“以前在这个距离发现的星系是点源——它们在我们的图像中显示为一个点，”Wang 说。“但我们的一个星系看起来很长，几乎像一个花生，另一个看起来像一个毛茸茸的球体。目前尚不清楚大小的差异是由于恒星的形成方式还是它们形成后发生了什么，但星系特性的多样性确实很有趣。这些早期星系应该是由相似的材料形成的，但它们已经显示出彼此之间存在很大差异的迹象。”
为了对这些早期星系进行推断，该团队使用了详细的模型。他们认为，除了年轻（按太空标准）之外，这两个星系在其成分中的金属含量也很少，并且正在快速增长并积极形成恒星。
“第一个元素是通过聚变过程在早期恒星的核心中形成的，”Leja 说。“这些早期星系没有像金属这样的重元素是有道理的，因为它们是制造这些重元素的首批工厂之一。当然，它们必须是年轻且正在形成恒星的才能成为第一个星系，但确认这些特性是我们模型的重要基本测试，并有助于确认大爆炸理论的整个范式。”
天文学家将继续利用透镜星系团和 JWST 上的仪器来继续揭示宇宙中一些最早星系的时间线。
