一個國際天文學家團隊利用美國宇航局詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）的數據，報告發現了迄今為止確認的最早的星系。來自這些星系的光線花了超過134億年的時間才到達我們身邊，因為這些星係可以追溯到大爆炸後不到4億年，當時宇宙只有目前年齡的2%。

早先來自韋伯的數據提供了這種嬰兒星系的候選者。現在，這些目標已經通過獲得光譜觀測得到了確認，揭示了來自這些令人難以置信的微弱星系的光的指紋中的特徵和獨特的模式。

“證明這些星系確實是居住在早期宇宙中這是至關重要的。”來自英國赫特福德大學的天文學家和共同作者艾瑪-柯蒂斯-萊克說：”較近的星系很有可能偽裝成非常遙遠的星系。看到光譜後發現，正如我們所希望的那樣，確認這些星係處於我們視野的真正邊緣，有些星係比哈勃能看到的還要遠！。這是該任務的一個巨大的令人興奮的成就”。

這些觀測結果是科學家們合作的結果，他們領導開發了韋伯號上的兩個儀器，即近紅外相機（NIRCam）和近紅外光譜儀（NIRSpec）。對最微弱和最早期的星系的調查是這些儀器概念背後的主要動機。2015年，這些儀器團隊共同提出了JWST高級深外星系調查（JADES），這是一個雄心勃勃的計劃，在兩年內分配給望遠鏡一個多月的時間，旨在提供一個深度和細節都前所未有的早期宇宙的視圖。JADES是一個由10個國家的80多位天文學家組成的國際合作項目。”這些結果是NIRCam和NIRSpec團隊共同執行這項觀測計劃的結果，”共同作者、圖森亞利桑那大學的NIRCam首席調查員Marcia Rieke說。

JADES的第一輪觀測集中在哈勃太空望遠鏡的超深場內和周圍地區（見下圖）。20多年來，這一小片天空一直是幾乎所有大型望遠鏡的目標，建立了一個橫跨整個電磁波譜的異常敏感的數據集。現在，韋伯正在增加其獨特的視角，提供迄今為止獲得的最微弱和最清晰的圖像。

JADES計劃從NIRCam開始，利用超過10天的任務時間，以九種不同的紅外顏色觀察該區域，並產生了精美的天空圖像。該區域比哈勃太空望遠鏡製作的最深的紅外圖像大15倍，但在這些波長下卻更加深邃和清晰。當從一英里外觀看時，該圖像僅有人類的大小。然而，它充斥著近10萬個星系，每個星係都被捕捉到了它們歷史上的某個時刻，距今已有數十億年。

“我們第一次發現了大爆炸後僅3.5億年的星系，而且我們可以對它們奇妙的距離有絕對的信心，”來自加利福尼亞大學聖克魯茲分校的共同作者、NIRCam科學小組成員布蘭特-羅伯遜（Brant Robertson）分享道。”在如此令人驚嘆的美麗圖像中發現這些早期星係是一種特殊的體驗。”

從這些圖像中，早期宇宙中的星係可以通過其多波長的顏色這一特徵來區分。隨著宇宙的擴張，光的波長被拉長，而來自這些最年輕的星系的光被拉長了14倍之多。天文學家們尋找那些在紅外線中可見的微弱星系，但它們的光在一個關鍵波長處突然中斷。每個星系光譜中的截止點的位置會因宇宙的膨脹而發生偏移。JADES團隊搜索了韋伯的圖像，尋找這些獨特的候選者。

然後，他們使用NIRSpec儀器，在一個跨越三天的單一觀測期，總共收集了28個小時的數據。該小組收集了來自250個微弱星系的光線，使天文學家能夠研究每個星系中的原子在光譜上印出的圖案。這產生了對每個星係紅移的精確測量，並揭示了這些星系中氣體和恆星的特性。

“來自意大利Scuola Normale Superiore的天文學家和共同作者Stefano Carniani說：”這些是迄今為止最微弱的紅外光譜。”它們揭示了我們希望看到的東西：對星系間氫的散射所導致的光的截止波長的精確測量。”

所研究的四個星系特別特別，因為它們被發現處於一個前所未有的早期時代。研究結果提供了光譜學確認，這四個星系位於紅移10以上，包括兩個位於紅移13。這相當於宇宙大約有3.3億年曆史的時候，為尋找遙遠的星系設定了一個新的前沿陣地。這些星係由於離我們很遠，所以非常暗淡。天文學家們現在可以探索它們的特性，這要歸功於韋伯的精湛靈敏度。

來自英國劍橋大學的天文學家和共同作者Sandro Tacchella解釋說：”如果不了解星係發展的初始階段，就很難了解它們。就像人類一樣，後來發生的很多事情都取決於這些早期恆星的影響。關於星系的許多問題一直在等待韋伯為我們帶來的變革性機會，很高興能夠在揭示這個謎團中發揮作用。”

JADES將在2023年繼續對另一領域進行詳細研究，這個領域以標誌性的哈勃深場為中心（見上圖），然後回到超深場進行另一輪的深度成像和光譜分析。該領域還有許多候選者等待光譜調查，研究設施的管理方已經批准了數百小時的額外時間。