詹姆斯·韋伯太空望遠鏡回顧早期宇宙看到了像我們銀河系一樣的星系
來自美國宇航局詹姆斯-韋伯太空望遠鏡(JWST)的新圖像首次揭示了具有恆星條帶的星系–恆星從星系中心延伸到其外盤的拉長特徵–當時宇宙的年齡僅有現在的25%。在宇宙中這麼早發現類似於我們銀河系的所謂條形星係將產生新的任務,要求天體物理學家完善他們的星系演化理論。
這個模擬顯示了恆星條如何形成(左)和恆星條驅動的氣體流入(右)。恆星條在星系演化中發揮著重要作用,它將氣體輸送到星系的中心區域,在那裡迅速轉化為新的恆星,其速度通常是星係其他區域的10到100倍。條帶也通過引導部分氣體間接地幫助星系中心的超大質量黑洞成長。資料來源:Francoise Combes,巴黎天文台
在詹姆斯·韋伯太空望遠鏡升空之前,哈勃太空望遠鏡的圖像從未在如此年輕的時代檢測到條形星系。在哈勃圖像中,一個名為EGS-23205的星系只不過是一個圓盤狀的污點,但在去年夏天拍攝的相應的JWST圖像中,它是一個美麗的螺旋星系,有一個清晰的恆星條。
德克薩斯大學奧斯汀分校的天文學教授Shardha Jogee說:”在哈勃數據中幾乎看不到的條狀物在JWST圖像中突然出現,顯示了JWST的巨大力量,可以看到星系的基本結構。”她描述了來自宇宙演化早期釋放科學調查(CEERS)的數據,由UT Austin教授Steven Finkelstein領導。
JWST以高分辨率和比哈勃更長的紅外波長繪製星系圖的能力使它能夠透過塵埃,揭示出遙遠星系的基本結構和質量。這可以從EGS23205星系的這兩張圖片中看出,它在大約110億年前的樣子。在HST的圖像中(左圖,用近紅外濾鏡拍攝),該星系只不過是一個被灰塵遮擋的盤狀污點,並受到年輕恆星的強光影響,但在相應的JWST中紅外圖像中(在去年夏天拍攝),它是一個美麗的螺旋星系,有著清晰的恆星條。資料來源:NASA/CEERS/德克薩斯大學奧斯汀分校
該研究小組發現了另一個有條帶的星系,EGS-24268,也來自大約110億年前,這使得兩個有條帶的星系的存在時間比以前發現的任何星係都要遠。
在一篇被接受發表在《天體物理學雜誌通訊》上的文章中,他們強調了這兩個星系,並展示了80多億年前的其他四個條帶星系的例子。
領導分析的研究生Yuchen”Kay”Guo說:”對於這項研究,我們正在研究一個新的體系,以前沒有人使用這種數據或做這種定量分析,所以一切都很新。這就像進入了一個從未有人進入過的森林。”
“條帶解決了星系的供應問題,”Jogee說。”就像我們需要把原材料從港口運到製造新產品的內陸工廠一樣,條狀物有力地把氣體輸送到中心區域,在那裡氣體被迅速轉化為新的恆星,其速度通常比星係其他地方快10到100倍。”
在這樣的早期時代發現條帶,從幾個方面動搖了星系的演化方案。Jogee說:”這次發現的早期條帶意味著星系演化模型現在有了一條新的途徑,通過條帶來加速早期新星的產生。”
而這些早期星條的存在對理論模型提出了挑戰,因為它們需要得到正確的星系物理學,以預測正確的星條豐度。該小組將在他們的下一篇論文中測試不同的模型。
JWST圖像的蒙太奇,顯示了六個條形星系的例子,其中兩個代表了迄今為止定量識別和定性的最高回視時間。每張圖左上方的標籤顯示了每個星系的回望時間,從84億年前到110億年前(Gyr)不等,當時宇宙的年齡只有現在的40%到20%。資料來源:NASA/CEERS/德州大學奧斯汀分校
JWST能夠比哈勃更好地揭開遙遠星系的結構,原因有二。首先,它更大的鏡子賦予它更多的集光能力,使它能夠看得更遠,分辨率更高。其次,它可以更好地看穿塵埃,因為它觀察的紅外波長比哈勃更長。
本科生Eden Wise和Zilei Chen在研究中發揮了關鍵作用,他們目測了數百個星系,尋找那些看起來有條帶的星系,這有助於將名單縮小到幾十個,供其他研究人員用更深入的數學方法進行分析。