詹姆斯韦伯太空望远镜发现了遥远星系重塑其宇宙环境的最早迹象

詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到一个遥远的星系在其周围的气体中喷出意想不到的气泡，此时距大爆炸仅 3.3 亿年。

这个星系被称为 JADES-GS-z13-1，标志着宇宙再电离时代的最早迹象天文学家在 3 月 27 日报告称，这是宇宙历史上的一个变革时期，第一批恒星和星系开始重塑其环境。自然。

哥本哈根大学的天体物理学家乔里斯·维斯托克 (Joris Witstok) 表示：“这无疑在地图上确定了第一个点，[再电离]很可能已经开始了。”在宇宙历史上“没有人预测到它会这么早”。

在 JADES-GS-z13-1 和其他类似物体开始发光之前的数百万年里，宇宙中充满了寒冷的中性气体，主要是氢气和氦气。这种气体吸收了大爆炸后约 2 亿年之前发出的任何恒星的短波长光。但随着越来越多的恒星开始燃烧并聚集成星系，它们产生了足够的紫外线，将电子从中性气体原子上击落，将它们电离，并使气体对短波长光透明。

这种电离的一个清晰信号来自于一种称为莱曼-α 的特定紫外波长光，它是由受激氢原子返回到最低能态产生的。看到从星系发出的莱曼-α光子意味着星系一定在其周围吹出了一个足够大的电离气体气泡，足以让光粒子到达我们今天的望远镜。

“你可以把星系想象成小莱曼-α手电筒，”德克萨斯大学奥斯汀分校的天体物理学家史蒂文芬克尔斯坦说，他没有参与这项新研究。 “如果你能看到莱曼-α，这意味着它们位于宇宙的电离部分。”如果看不到莱曼-α，星系就会被中性氢雾笼罩。

先前的观测表明，宇宙在大爆炸后约十亿年完全电离。但很难判断这个过程何时开始，或者到底是什么产生了光。

Witstok 及其同事使用 JWST 对 JADES-GS-z13-1（这些早期星系中最清晰的星系之一）进行了近 19 个小时的观察，将其光线分成一系列波长的光谱，以寻找星系构成的细节。

詹姆斯韦伯太空望远镜旨在寻找这些明亮而古老的星系。随着宇宙的膨胀，这些星系最初发出的紫外线被拉伸到更长的红外线波长。自 2022 年开始运营以来，JWST 的灵敏红外探测器已经其光芒早来自于不到3亿年大爆炸之后。

令他们惊讶的是，研究人员发现了来自 JADES-GS-z13-1 的清晰、明亮的莱曼-α 光子信号。如果你站在银河系旁边，光是这道光就可以像 100 亿个太阳一样明亮。

维特斯托克说，“我们突然看到了这条巨大的、蓬勃发展的发射线”，这使得 JWST 发现的所有其他遥远星系“看起来有点无聊”。 “它的纯粹力量告诉我们，无论这个来源是什么，都必须非常非常强大，并且不同于我们以前见过的任何东西。”

墨尔本大学的宇宙学家米歇尔·特伦蒂（Michele Treenti）表示，这一发现“既令人惊讶又令人兴奋”。他没有参与这项研究，并在自然。 “我没想到莱曼-α 星系发出的紫外线能够到达 JWST，”她说。 “这表明早期形成的星系在重新加热宇宙方面比之前认为的更有效。”

目前还不清楚光源到底是什么。光可能来自落入星系中心超大质量黑洞时被加热的物质。该星系紧凑的尺寸支持了这一想法——看起来它的直径只有大约 230 光年，而银河系的直径有 100,000 光年。

这种光也可能来自极热的大质量恒星，其质量约为太阳的 100 至 300 倍，温度也高 15 倍以上。需要更多的观察才能弄清楚它是什么，但是任何一个都对早期宇宙的条件有影响。

“这两种可能性都会刺激创新，”特伦蒂说。 “我预计理论家将在绘图板上开发宇宙黎明期间星系和黑洞演化的新模型，而观察者肯定会尝试发现更多类似的星系来解决这个难题。”