一個天文學家小組利用詹姆斯-韋伯望遠鏡（JWST）識別了迄今為止發現的最遙遠的球狀星團。這些由數百萬顆恆星組成的密集群體可能是包含宇宙中最早和最古老的恆星的遺跡。對韋伯第一深場圖像的早期分析，描繪了一些宇宙中最早的星系，最近發表在《天體物理學雜誌通訊》上。

這項工作是由一個加拿大天文學家團隊進行的，包括來自多倫多大學文理學院鄧拉普天文學和天體物理學研究所的專家。

鄧拉普天文學與天體物理學研究所的博士後研究員Lamiya Mowla說：”JWST是為了尋找第一批恆星和第一批星係而建造的，並幫助我們了解宇宙中復雜性的起源，如化學元素和生命的構件，”他是這項研究的共同主要作者，這項研究是由加拿大NIRISS無偏群調查（CANUCS）小組進行的。”韋伯第一深場的這一發現已經提供了對恆星形成最早階段的詳細觀察，證實了JWST令人難以置信的力量。”

研究人員研究了位於韋伯第一深場的閃亮星系，並利用JWST確定它周圍的五個閃亮物體是球狀星團。圖片來源：加拿大航天局，圖片來自NASA、ESA、CSA、STScI；Mowla、Iyer等人，2022年

在精細的韋伯第一深場圖像中，天文學家們很快就鎖定了他們稱之為”火花星系”的的天體。這個星系位於90億光年之外，它的名字來自於它周圍出現的黃紅色小點的緊湊物體，研究人員稱之為”火花”。研究小組確定，這些火花可能是正在形成恆星的年輕星團–誕生於大爆炸後30億年的恆星形成高峰期，也可能是古老的球狀星團。球狀星團是一個星系萌芽時期的古老恆星集合體，包含了關於其最早形成和成長階段的線索。

通過對其中12個緊湊物體的初步分析，研究小組確定其中5個不僅是球狀星團，而且是已知的最古老的星團之一。

“來自JWST的第一批圖像發現遙遠星系周圍的古老球狀星團是一個令人難以置信的時刻–這是以前的哈勃太空望遠鏡成像所無法做到的，”鄧拉普天文學與天體物理學研究所的博士後研究員、該研究的共同主要作者Kartheik G. Iyer說。

“由於我們可以在一系列的波長范圍內觀察到這些’火花’，我們可以對它們進行建模，並更好地了解它們的物理特性–比如它們的年齡有多大以及它們包含多少顆恆星。我們希望用JWST從如此遙遠的距離觀察球狀星團的知識將刺激進一步的科學和搜索類似的物體。

天文學家利用引力透鏡來研究非常遙遠和非常微弱的星系。資料來源：美國國家航空航天局，歐空局和L. Calçada

銀河系已知有大約150個球狀星團，但是這些密集的星團究竟是如何形成的，以及何時形成的，人們並不十分清楚。天文學家們知道，球狀星團的年齡可能非常大，但要測量它們的年齡卻具有難以置信的挑戰性。利用非常遙遠的球狀星團來確定遙遠星系中第一批恆星的年齡，這在以前是沒有的，只有在JWST上才有可能做到。

直到現在，天文學家還不能用哈勃太空望遠鏡看到火花星系的周邊緊湊物體。這種情況隨著JWST分辨率和靈敏度的提高而改變，在韋伯的第一張深場圖像中首次揭示了該星系周圍的小點，它被放大了100倍，這是由於一種叫做引力透鏡的效應–前景中的SMACS 0723星系團扭曲了它背後的東西，很像一個巨大的放大鏡。引力透鏡產生了三個獨立的”火花”圖像，使天文學家能夠更詳細地研究這個星系。

研究人員將JWST的近紅外相機（NIRCam）的新數據與哈勃景象望遠鏡的檔案數據相結合。NIRCam使用較長和較紅的波長探測微弱的物體，以觀察超過人眼甚至哈勃太空望遠鏡可見的東西。由於星系團的透鏡作用，以及JWST的高分辨率，這兩方面的放大作用使得觀察緊湊物體成為可能。

JWST上加拿大製造的近紅外成像儀和無縫隙光譜儀（NIRISS）提供了獨立的驗證，即這些天體是古老的球狀星團，因為研究人員沒有觀察到氧射線–這是正在積極形成恆星的年輕星團所發出的具有可測量光譜的發射物。NIRISS還幫助解開了”閃耀者”的三層光束圖像的幾何結構。

JWST的加拿大製造的NIRISS儀器在幫助我們理解”閃耀者”及其球狀星團的三個圖像是如何連接的方面至關重要，”聖瑪麗大學的教授Marcin Sawicki說。他是加拿大天文學研究主席，也是這項研究的共同作者。 “看到對火花星系的幾個球狀星團進行了三次成像，使我們清楚地看到，它們是圍繞著火花星系運行的，而不是簡單地在它的前面偶然出現。”

JWST將從2022年10月開始觀測CANUCS場，利用其數據來檢查五個大規模的星系團，研究人員期望在其周圍發現更多這樣的系統。未來的研究還將對星系團進行建模，以了解透鏡效應，並執行更有力的分析來解釋恆星形成的歷史。