加州大學洛杉磯分校（UCLA）領導的一項研究報告稱，最早的星系實際上就像是宇宙火球，在其整個範圍內以驚人的速度將氣體轉化為恆星，該報告發表在《天體物理學雜誌》的一個特刊上。這項研究基於詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的數據，是對這些星系的形狀和結構的首次研究。它表明它們與現今的星系完全不同，在這些星系中，恆星的形成被限制在小區域內，例如我們銀河系中的獵戶座。

該研究的主要作者、加州大學洛杉磯分校物理學和天文學教授Tommaso Treu說：”我們看到星係以一種令人激動的速度形成新的恆星。 韋伯令人難以置信的分辨率使我們能夠以前所未有的細節研究這些星系，我們看到所有這些恆星的形成都發生在這些星系的區域內。”

特魯指導著GLASS-JWST早期發布科學計劃，該計劃的第一個結果是該特刊的主題。這期雜誌中另一項由加州大學洛杉磯分校領導的研究發現，在大爆炸後不久–不到10億年內–形成的星係可能已經開始燃燒剩餘的吸收光子的氫，為黑暗的宇宙帶來光明。

圖為Guido Roberts-Borsani

“即使是我們最好的望遠鏡也確實難以確認如此遙遠的星系的距離，所以我們不知道它們是否使宇宙變得透明，”領導這項研究的加州大學洛杉磯分校博士後研究員Guido Roberts-Borsani說。”韋伯正在向我們展示，它不僅可以做這項工作，而且可以以驚人的速度完成。它是一個遊戲規則的改變者。”

這些發現是加州大學洛杉磯分校天體物理學家的許多令人驚嘆的發現中的兩個，他們是第一批通過韋伯新近打開的一扇窗戶窺視過去的人。

韋伯是目前人類在太空中設置的最大的近紅外望遠鏡，其卓越的分辨率提供了一個無與倫比的視角，可以看到如此遙遠的天體，其光線需要數十億年才能到達地球。儘管這些天體現在已經老化，但只有它們最早的時候發出的光才有足夠的時間穿越宇宙，最終出現在韋伯的探測儀上。因此，韋伯不僅起到了某種時間機器的作用–將科學家們帶回到宇宙大爆炸後不久的時期–而且它所產生的圖像已經成為一個家庭相冊，其中有嬰兒星系和星星的快照。

圖為Tommaso Treu

GLASS-JWST是美國宇航局在2017年選擇的13個早期發布科學項目之一，以快速產生可公開訪問的數據集，並展示和測試韋伯號上儀器的能力。

該項目旨在了解第一批星系的光線是如何以及何時燒穿大爆炸留下的氫霧的–這一現象和時間段被稱為”重化紀元”–以及氣體和重元素如何在宇宙時間內分佈在星系內部和周圍。兩位天文學家合作利用韋伯的三個創新的近紅外儀器對早期宇宙中的遙遠星系進行詳細測量。

離子化紀元是一個科學家們仍然不甚了解的時期。直到現在，研究人員還沒有觀測當時存在的星系所需的極其敏感的紅外儀器。在宇宙再電離化之前，早期宇宙仍然沒有光，因為來自早期恆星的紫外線光子被飽和空間的氫原子所吸收。

科學家們認為，在宇宙最初的十億年中的某個時候，由第一批星系和可能由第一批黑洞發出的輻射導致氫原子失去電子，或被電離，防止光子”粘”在它們身上，並為光子穿越空間清除了一條通道。隨著星系開始電離出越來越大的氣泡，宇宙變得透明，光線自由傳播，就像今天一樣，讓我們每晚都能看到星星和星系的輝煌天幕。

Roberts-Borsani發現星系的形成比以前認為的要快要早，這可以證實它們是宇宙再電離的罪魁禍首。這項研究還證實了已知的最遠的兩個星系的距離，使用一種新技術使天文學家能夠探測宇宙再電離的開始。