包括來自卡弗里宇宙物理與數學研究所（Kavli IPMU）研究人員的一個國際研究團隊在《天體物理學雜誌通訊》上發表了一項新的研究，內容有關於宇宙中一些最早的星系的大小和光度之間的關係，這些星係是由最近發射的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）拍攝的–在大爆炸後不到10億年。

圖1. 在GLASS-JWST計劃中捕獲了兩個異常明亮的星系。這些星系存在於大爆炸後約4.5億年和3.5億年（紅移分別約為10.5和12.5），大小分別約為500帕斯卡和170帕斯卡。資料來源：NASA、ESA、CSA、Tommaso Treu (UCLA)

這些發現是由加州大學洛杉磯分校的Tommaso Treu教授領導的”透鏡放大的太空調查（GLASS）早期釋放科學計劃”的一部分。該計劃的目的是研究早期宇宙，當時第一批恆星和星係被點燃導致了中性氣體的電離和光的出現，被稱為再電離時代。

然而，重離子化的細節一直不為人知，因為直到今天，望遠鏡還不能詳細地觀察宇宙歷史上這一時期的星系。發現更多關於再電離時代的信息將有助於研究人員了解恆星和星係是如何演變的，從而創造出我們所看到的今天的宇宙。

圖2：由於數據有限，在五個波段觀察到的星系的大小-光度關係是固定斜率的。F150W面板中的黑色實線和虛線顯示了Shibuya等研究人員（2015年；z∼8）和Huang等（2013年；z∼5）在類似靜止幀波長下從HST數據中得出的關係。

由Kavli IPMU JSPS研究員Lilan Yang領導的一項研究使用GLASS-JWST計劃的多波段NIRCAM成像數據來測量星系的大小和光度，以弄清從靜止幀光學到紫外線的形態和大小-光度的關係。

“這是我們第一次可以用JWST在紅移大於7的情況下在靜止幀光學中研究星系的特性，尺寸-光度對於確定光度函數的形狀很重要，它表明了負責宇宙再電離的主要來源，即眾多微弱的星系或相對不太明亮的星系。當光從早期宇宙到我們這裡時，它的原始波長將轉移到一個更長的波長。因此，用靜止框架的波長來闡明它們的內在波長，而不是觀察到的波長。以前，通過哈勃太空望遠鏡，我們只知道星系在靜止幀紫外線波段的屬性。現在，通過JWST，我們可以測量比紫外線更長的波長，”第一作者Yang說。

研究人員首次發現了紅移大於7的星系的靜止幀光學尺寸-光度關係，即大爆炸後大約8億年，使他們能夠研究尺寸與波長的關係。他們發現在參考光度下的中位尺寸大約是450-600帕斯卡，並且從靜止幀光學到紫外線略有下降。研究小組還發現，當允許斜率變化時，尺寸-亮度關係的斜率在最短的波長波段上有些陡峭。

“這將表明在較短的波長上有較高的表面亮度密度，因此在估計發光函數時有較少的觀測不完全性修正，但這一結果並不是結論性的。”