詹姆斯韋伯望遠鏡的回顧如何重塑宇宙學

巴爾的摩— 詹姆斯韋伯太空望遠鏡正在兌現其作為時光機的承諾。 這個極其靈敏的天文台正在發現並確認比以前見過的任何星係都更遙遠，因此它們存在於宇宙歷史的更早。

天文學家12 月12 日在天文學家報告中稱，這台望遠鏡（也稱為JWST）已確認到四個星系的極端距離，其中一個星系在約134.75 億年前就曾發出光芒，創下了宇宙遙遠的記錄。JWST 的第一個科學成果會議。 在大爆炸後僅 5.5 億年或更短時間內，可能還發現了數十個其他星系，這意味著來自這些星系的光在到達望遠鏡之前至少傳播了 131 億年。

總而言之，新的觀測結果顯示星系的形成比之前想像的更早、更快。 「我們正在進入一個新時代，」巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的天文學家斯瓦拉·拉文德拉納特 (Swara Ravindranath) 說。

這個新時代的部分原因是JWST 能夠看到非常微弱的紅外光（序號：10/6/21）。 對於最遙遠的物體，例如最早的恆星和星系，它們的可見光由於宇宙的不斷膨脹而被拉伸成更長的紅外線波長，而這些波長是人眼和以前的一些太空望遠鏡所看不見的。 但研究人員表示，現在，透過 JWST，以前不可能進行的測量突然變得容易了。

天文物理學家簡·里格比在會議上表示：“JWST 是迄今為止最強大的紅外線望遠鏡。” 位於馬裡蘭州格林貝爾特的美國太空總署戈達德太空飛行中心的里格比是 JWST 操作計畫科學家。 “幾乎從整體來看，科學表現都比預期好。”

即使在七月發布的第一張圖像中，天文學家也發現130億年前發出光的星系或更多 （序號：7/11/22）。 但這些距離只是估計值。 為了精確測量距離，天文學家需要光譜，測量星系在多個波長上發出的光量。 這些測量比圖片更慢且更難進行。

英國赫特福德郡大學的天文學家艾瑪·柯蒂斯·萊克說：“多虧了這台出色的望遠鏡，我們現在能夠同時獲得數百個星系的光譜。”

其中包括迄今為止發現的最早的四個星系Curtis-Lake 及其同事在會議上以及 12 月 8 日提交給 arXiv.org 的一篇論文中報告了其中一些在大爆炸後不到 4 億年就存在的情況。 研究小組在一片天空中發現了這些紀錄保持者哈伯太空望遠鏡曾經搜尋過超遙遠的星系（序號：10年1月3日）。

這之前的距離記錄保持者存在於 133 億至 134 億年前，即大爆炸後約 4 億年（序號：1/28/20）。 JWST 確認了與該星系的距離，並帶回了另外三個星系，其光線早在大爆炸後 3.25 億年就發出了。

從化學角度來看，這些星係也令人驚訝地原始，缺乏比氫和氦更重的元素。

「我們在當今的宇宙中看不到這種情況，」拉文德拉納特說，他沒有參與這項新發現。 這可能意味著沒有太多星系的恆星在超新星爆炸中死亡，超新星爆炸將重元素散佈到宇宙各處，這表明星系的原始恆星質量並不是非常大。

在天空的另一部分，JWST 發現26個星系天文學家 Steven Finkelstein 及其同事在會議上以及 11 月 10 日提交給 arXiv.org 的一篇論文中報告稱，這種現象可能存在於大爆炸後約 5.5 億年或更早的時間。

德克薩斯大學奧斯汀分校的芬克爾斯坦說：“從情感和本能的角度來看，觀看這些圖像是令人驚嘆的。”

其中第一個被發現的，被稱為“梅西的銀河”研究人員 12 月 1 日在《大爆炸》雜誌上報道稱，在芬克爾斯坦的女兒之後，似乎距大爆炸僅 3.8 億年。天文物理學期刊通訊。 該團隊調查中最遙遠的星係可能比梅西早 1.3 億年。 這些星系的距離仍需要透過光譜來確認，但研究小組預計將在未來幾週內獲得這些數據。

加州大學洛杉磯分校的天文物理學家 Guido Roberts-Borsani 在會議上表示，位於名為 Abell 2744 的巨大星系團後面的遙遠星係也比預期的數量更多、更遠。

在 JWST 觀測該星團之前，天文學家預測它實際上應該發現 132 億年前的零個星系。 「但我們發現了兩個，」在會議上報告結果的羅伯茨-博爾薩尼說。 “所以有些事情有點奇怪。” 他說，這可能意味著星系形成的時間比想像的更早、更快，儘管這也可能意味著 JWST 只是觀察到了天空中一片星系特別豐富的區域。

所有這些新星係都令人興奮，因為它們可能負責使宇宙對可見光透明，天文學家稱之為再電離的過程（序號：12/2/22）。 在第一批恆星點燃之前，宇宙充滿了熱而濃密的粒子湯。 第一批恆星和星系使宇宙沐浴在紫外線下，將氫原子上的電子分裂出來，讓光線穿過，直到到達約翰·韋斯特望遠鏡。

羅伯茨-博爾薩尼說，新數據“讓我們限制了這個過程何時開始、結束，以及哪些星係是這個過程的罪魁禍首。”