一個國際天文學家團隊利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）的數據發現了迄今為止被證實的最早和最遙遠的星系。該望遠鏡捕捉到了這些星系在超過134億年前發出的光，這意味著這些星係可以追溯到大爆炸後不到4億年，當時宇宙的年齡只有現在的2%。

JWST的最初觀測產生了幾個極端距離的候選星系，正如早期用哈勃太空望遠鏡進行的觀測一樣。現在，這些目標中的四個已經通過獲得長時間的光譜觀測得到了確認，這不僅為它們的距離提供了安全的測量，而且還使天文學家能夠描述這些星系的物理特性。

加州大學聖克魯斯分校天文學和天體物理學教授布蘭特-羅伯遜（Brant Robertson）說：”我們已經在遙遠的宇宙中發現了奇特的早期的星系”。”通過JWST，我們現在第一次可以發現如此遙遠的星系，然後通過光譜學確認它們真的有那麼遠。”

天文學家通過確定一個星系的紅移來衡量它的距離。由於宇宙的膨脹，遙遠的物體似乎正在從我們身邊退去，它們的光被多普勒效應拉長到更長、更紅的波長。基於通過不同濾光片拍攝的圖像的測光技術可以提供紅移的估計，但明確的測量需要光譜學，它將來自一個物體的光分離成其組成波長。

宇宙正在膨脹，這種膨脹使在空間中旅行的光被拉長，這種現像被稱為宇宙學紅移。紅移越大，光所走過的距離就越大。因此，需要帶有紅外線探測器的望遠鏡來看到來自最早、最遙遠的星系的光。資料來源：美國宇航局，歐空局，AND L. Hustak (STSci)

新的發現集中在四個紅移高於10的星系上。最初由哈勃觀測到的兩個星系現在已經確認了10.38和11.58的紅移。兩個最遙遠的星系，都是在JWST的圖像中探測到的，它們的紅移分別為13.20和12.63，使它們成為迄今為止被光譜學證實的最遙遠的星系。13.2的紅移對應於大約135億年前。

“這些遠遠超出了我們在JWST之前所能想像的發現，”羅伯遜說。”在紅移13，宇宙只有大約3.25億年的歷史”。

羅伯遜和來自英國赫特福德大學的艾瑪-柯蒂斯-萊克是關於這些結果的兩篇論文的主要作者，這些論文還沒有通過同行評審。

這些觀測結果是由領導開發韋伯號上的兩個儀器–近紅外相機（NIRCam）和近紅外光譜儀（NIRSpec）的科學家合作完成的。對最微弱和最早的星系的調查是這些儀器概念中的主要設計目的。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，只分配瞭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。

JADES計劃從NIRCam開始，利用超過10天的任務時間，對哈勃超深場內和周圍的一小片天空進行觀測。天文學家已經用幾乎所有的大型望遠鏡研究這個區域超過20年了。JADES團隊在九個不同的紅外波長范圍內對該區域進行了觀測，捕捉到精美的圖像，揭示了近10萬個遙遠的星系，每個星係都在數十億光年之外。

然後，研究小組使用NIRSpec光譜儀進行了為期三天的觀測，收集了250個微弱星系的光線。這產生了精確的紅移測量，並揭示了這些星系中氣體和恆星的特性。

羅伯遜說：”通過這些測量，我們可以知道這些星系的內在亮度，併計算出它們有多少恆星。”現在我們可以開始真正挑出星係是如何隨著時間的推移組合在一起的。”

來自英國劍橋大學的共同作者Sandro Tacchella補充說：”如果不了解星係發展的初始時期，就很難了解星系。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的變革性機會，我們很高興能夠在揭示這個故事中發揮作用。”

根據羅伯遜的說法，這些早期星系的恆星形成會比它們被觀測到的年齡早約1億年，將最早的恆星的形成推到大爆炸後約2.25億年。他說：”我們看到的恆星形成的證據與我們根據星系形成的模型所能預期的時間差不多早。”

其他團隊根據對JWST圖像的光度分析，在更高的紅移處發現了候選星系，但是這些星系還沒有得到光譜學的證實。JADES將在2023年繼續對另一個領域進行詳細研究，這個領域以標誌性的哈勃深場為中心，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，已經獲批了數百小時的額外觀測時間。