康奈爾大學的天文學家在分析美國宇航局詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）拍攝的一個早期星系的首批圖像時發現了一個伴生星系。這個新發現的星系估計有14億年的歷史，已經承載了多代恆星，鑑於其年輕的年齡，這一點是出乎意料的。

研究人員能夠確定，這兩個星係與地球的距離大致相同，並且處於同一鄰域，這表明它們可能會相互作用並可能合併。這些星系的成熟金屬性使科學家們推測，恆星的形成一定是非常有效的，並且在宇宙中很早就開始了。

在掃描美國宇航局詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）拍攝的一個著名的早期星系的首批圖像時，康奈爾大學的天文學家們很感興趣地看到了靠近其外緣的一個光團。

他們最初的關注點以及紅外觀測站的目標是SPT0418-47，這是早期宇宙中最明亮的塵埃、恆星形成的星系之一，其遠處的光線被一個前景星系的引力彎曲並放大成一個圓，稱為愛因斯坦環。

但是，對去年秋天發布的早期JWST數據的深入研究產生了一個偶然的發現：一個以前隱藏在前景星系光線後面的伴生星系，儘管它的年齡很小，估計為14億年，但令人驚訝的是，它似乎已經承載了多代恆星。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的藝術畫。來源：美國國家航空航天局

康奈爾大學天體物理學和行星科學中心（CCAPS）的副研究員、論文第二作者Amit Vishwas博士說，智利阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）拍攝的同一愛因斯坦環的早期圖像含有被JSWT清晰解析的伴星的暗示，但它們不能被解釋為除了隨機噪音以外的東西。

通過調查JWST的NIRSpec儀器所拍攝的圖像中每個像素的光譜數據，研究人員Peng發現了環內的第二個新光源。他確定這兩個新的光源是一個新星系的圖像，它被負責創造環的同一個前景星系所引力，儘管它們的亮度要低8到16倍–這證明了JWST紅外視覺的強大。

對光的化學成分的進一步分析證實，來自氫、氮和硫原子的強發射線顯示了類似的紅移–這是衡量一個星系的光在越來越遠的情況下延伸到更長、更紅的波長的一個標準。這使得這兩個星係與地球的距離大致相同–計算出的紅移約為4.2，或約為宇宙年齡的10%–並且處於同一附近。

為了驗證他們的發現，研究人員回到了早期的ALMA觀測。他們發現一條電離碳的發射線與JWST觀測到的紅移密切相關。

Vishwas說：”我們有幾條發射線的移位完全相同，所以毫無疑問，這個新星係就是我們認為的地方。”

研究小組估計，這個被他們命名為SPT0418-SE的伴生星系在環的50千秒差距(Parszek)以內（秒差距是一個宇宙距離尺度，用以測量太陽係以外天體的長度單位。1秒差距約為3.26 光年、206,000 天文單位或31兆公里），這種級別的接近表明，這些星系必然會相互影響，甚至可能合併，這種觀察增加了人們對早期星系如何演變為更大星系的理解。

作為早期宇宙中的星系，這兩個星系的質量並不高，其中”SE”相對較小，塵埃較少，這使得它看起來比極度被塵埃遮擋的環更藍。根據附近具有類似顏色的星系的圖像，研究人員認為它們可能居住在”一個具有尚未被發現的鄰居的大規模暗物質暈中”。

考慮到這些星系的年齡和質量，最令人驚訝的是它們的成熟金屬性–比氦和氫更重的元素的數量，如碳、氧和氮–該小組估計與我們的太陽相似。與太陽相比，它大約有40億年的歷史，並且從前幾代恆星那裡繼承了大部分金屬，這些恆星大約有80億年的時間來建立它們，我們是在宇宙不到15億年的時候觀察這些星系。

研究人員已經提交了一份關於JWST觀測時間的提案，以繼續研究該星環及其伴星，並調和光學和遠紅外光譜之間觀察到的潛在差異。