詹姆斯·韦伯望远镜揭示，哈勃发现的光斑是早期宇宙中最大的星系之一

詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测显示，通过哈勃太空望远镜以单光点形式出现的古老天体 Gz9p3 实际上是早期宇宙中最大的星系之一。

这个对哈勃太空望远镜来说只不过是一粒光的东西现在被揭示为有史以来发现的最古老的星系之一——这一发现归功于哈勃的弟弟：詹姆斯·韦伯太空望远镜。

詹姆斯·韦伯太空望远镜国际“玻璃”合作组织对这个被称为 Gz9p3 的星系进行了详细观测，该星系被认为是在大爆炸后仅 5.1 亿年。那是在宇宙的相对婴儿期，现在宇宙已有 138 亿年的历史。

研究小组发现，与 JWST 观测到的其他早期星系非常相似，Gz9p3 的质量和成熟度远远超过对婴儿宇宙中星系的预期。在它被发现的远古时期，它似乎已经包含了数十亿颗恒星。

当谈到早期星系如何如此迅速地变得如此庞大的宇宙难题时，Gz9p3 可能是一个真正的难题。它不仅比预期的质量更大，而且比 JWST 在宇宙历史的类似时期所看到的其他星系的质量大 10 倍左右。

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“就在几年前，Gz9p3 通过哈勃太空望远镜以单个光点的形式出现，”团队成员、墨尔本大学科学家基特·博伊特 (Kit Boyett) 在该研究所的《Pursuit》出版物中写道。 “但是通过使用 JWST，我们可以观察到这个物体，因为它是在大爆炸之后 5.1 亿年，大约 130 亿年前。”

Gz9p3 简直太棒了。除了它的大小和成熟度之外，它的形状也揭示了它的创作线索。

Gz9p3 是由早期星系合并创建的吗？

使用 JWST 和直接成像，研究小组能够确定 Gz9p3 具有复杂的形状，有两个明亮的斑块，揭示了它的两个致密的原子核。这表明 Gz9p3 很可能是在婴儿宇宙中两个早期星系碰撞在一起时形成的。在天文学家注意到 Gz9p3 与 JWST 期间，这种碰撞可能仍在持续。

“JWST 星系成像显示了通常与两个相互作用的星系相关的形态。合并尚未完成，因为我们仍然看到两个组成部分，”博耶特解释道。 “当两个巨大的物体像这样结合在一起时，它们会在这个过程中有效地丢弃一些物质。因此，这种丢弃的物质表明我们观察到的是有史以来最遥远的合并之一。”

除了确定这个古老星系的年龄、质量和形状之外，Boyett 和同事还能够在 Gz9p3 内部进行更深入的探测，以检查这些碰撞星系的恒星种群。由于年轻的恒星比年老的恒星更亮，它们通常在星系图像中占据主导地位，尤其是那些距离地球很远的恒星，它们的光已经传播到地球数十亿年了。

“例如，由星系合并引发的年轻明亮人口，年龄不到几百万岁，却比已经超过一亿岁的老年人群更耀眼，”博耶特继续说道。

Glass 合作通过对 Gz9p3 进行光谱观察以及利用直接成像来解决这个问题。  光谱学可用于确定构成恒星的元素；由于年轻和年老的恒星具有不同的成分，这使得研究人员能够在这个早期星系中将这两类恒星分开。

老恒星已经通过其核心的氢供应，将其全部融合成氦，然后将这些氦融合成更重的元素，天文学家称之为“金属”。这意味着较老的恒星比较年轻的恒星含有更丰富的金属，而较年轻的恒星仍然以氢和一些氦为主。

研究小组使用 JWST 检测了 Gz9p3 老恒星群中的特定元素。这些目标元素包括硅、碳和铁，后者是恒星可以合成的最重元素。这意味着这些恒星在超新星爆炸中死亡时，会丰富早期宇宙的金属。这些金属成分中的大部分将成为下一代恒星的组成部分。

此外，研究小组发现Gz9p3中的老恒星数量比之前猜测的要多得多。这意味着，虽然天文学家已经意识到恒星生命和死亡的这种循环以及后续几代恒星的金属富集度不断增加，但 Gz9p3 的观测结果表明，星系的“化学成熟度”可能比之前怀疑的要快。

博伊特写道：“这些观测结果提供了证据，证明大爆炸后恒星和金属迅速、有效地形成，这与正在进行的星系合并有关，表明拥有数十亿颗恒星的大质量星系比预期更早存在。”

暴力史

与星系相对应的星系确实会形成恒星，但这个过程很缓慢，当星系耗尽其储存的气体和尘埃（形成恒星的物质）时就会结束。

对于彼此靠近的星系，恒星形成的过程可以加速，甚至在停止后重新开始。这是因为当这些星系通过相互引力吸引在一起时，它们就会发生碰撞。然后，合并会导致新鲜气体流入，从而启动一个称为“星暴”的快速恒星诞生时期，这意味着合并为星系快速增长恒星数量提供了极好的方式。

宇宙中大多数大型星系都是这样生长的。我们自己的星系，银河系，本身就有一段合并的历史。例如，它参与了曾经绕其运行的较小卫星星系的蚕食。目前，银河系形成恒星的速度很慢，但当它在大约 45 亿年后与邻近的仙女座星系相撞时，这种情况将会改变。这将导致气体涌入，引发新一轮的星暴。

通过对 Gz9p3 的观测，天文学家得到的信息是，这种快速质量积累和恒星诞生的通道在早期宇宙中的影响比预测的更大。

“对 Gz9p3 的这些观测表明，星系能够在早期宇宙中通过合并快速积累质量，恒星形成效率高于我们的预期，”博耶特解释道。 “利用 JWST 进行的这一观测和其他观测正在促使天体物理学家调整他们对宇宙早期的模型。

“我们的宇宙学不一定是错误的，但我们对星系形成速度的理解可能是错误的，因为它们的质量比我们想象的要大。”

该团队的研究成果于 3 月 7 日发表在《自然天文学》杂志上。

最初发布于Space.com。