詹姆斯-韋伯太空望遠鏡讓天文學家發現，大約在120億年前，大多數早期星係都含有發光的氣體，由於與鄰近星系的相互作用，這些氣體比恆星更耀眼。這項突破為星系演化和早期宇宙提供了新的視角，凸顯了JWST 對天文物理學的變革性影響。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）拍攝的新影像讓澳洲天文學家揭開了宇宙早期星系如何開始恆星形成爆炸的秘密。

一些早期星系充滿大量氣體，它們發出的光亮超過了新出現的恆星。在一項新的研究中，天文學家發現了這些明亮的星系在大約120 億年前是多麼的普遍。

來自JWST 的圖像顯示，宇宙早期幾乎90% 的星係都有這種發光氣體，產生所謂的”極端發射線特徵”。

一個遙遠的極端發射線星系的圖像。詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（左）和哈伯太空望遠鏡（右）拍攝。此對比凸顯了JWST 影像的清晰度。資料來源：ARC 三維全天空天文物理卓越中心（ASTRO 3D）。

“這些年輕星系中的恆星非常了不起，它們能產生恰到好處的輻射來激發周圍的氣體。這些氣體反過來比恆星本身更加閃亮，”ARC 三維全天空天文物理學卓越中心（ASTRO 3D）和國際射電天文學研究中心（ICRAR）科廷大學節點的安舒-古普塔（Anshu Gupta）博士說，他是描述這項發現的論文的第一作者。

“直到現在，要了解這些星係是如​​何積累如此多的氣體還很困難。我們的發現表明，這些星系中的每一個都至少有一個近鄰星系。這些星系之間的相互作用會導致氣體冷卻，引發強烈的恆星形成，從而產生這種極端的發射特徵。”

觀測早期宇宙星系的進展

這項發現是一個生動的例子，說明JWST 望遠鏡在研究早期宇宙方面提供了無與倫比的清晰度。

“詹姆斯-韋伯望遠鏡的數據品質非常出色，”古普塔博士說。”它具有足夠的深度和分辨率來觀察早期星系周圍的鄰居和環境，當時宇宙只有20 億年的歷史。利用這一細節，我們能夠看到具有極端發射特徵的星系和不具有極端發射特徵的星系在鄰近星系數量上的明顯差異。”

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（左）和哈伯太空望遠鏡（右）所看到的目標星系。JWST 影像前所未有的解析度和清晰度，讓我們可以辨識出哈伯都無法看到的鄰近星系（青色圓圈）。資料來源：ARC 三維全天空天文物理卓越中心（ASTRO 3D）。

在此之前，我們很難清楚地看到宇宙誕生20 億年左右的星系。由於當時許多恆星尚未形成，可關注的星系數量較少，因此這項任務變得更加困難。

古普塔博士說：”在JWST 出現之前，我們只能真正了解大質量星系的情況，而這些星系大多處於非常密集的星系團中，因此研究起來比較困難。以當時的技術，我們無法觀測到這項研究中95% 的星系。詹姆斯-韋伯望遠鏡徹底改變了我們的工作。”

一個遙遠的極端發射線星系的圖像。詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（左）和哈伯太空望遠鏡（右）拍攝。此對比凸顯了JWST 影像的清晰度。資料來源：ARC 三維全天空天文物理卓越中心（ASTRO 3D）。

證實之前的假設

ASTRO 3D 和哈佛大學及史密森尼天文物理學中心的副主任Tran 說，這項發現證明了先前的假設。她說：”我們懷疑這些極端星係是早期宇宙中激烈相互作用的標誌，但只有藉助JWST 的銳利目光，我們才能證實我們的預感。”

這項研究依靠的是作為JWST 高級深河外星系巡天（JADES）的一部分獲得的數據，JADES 正在利用深紅外成像和多天體光譜探索宇宙中最早的星系。它為進一步深入了解宇宙開闢了道路。

遙遠的極發射線星系影像。詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（左）與哈伯太空望遠鏡（右）所見。此對比凸顯了JWST 影像的清晰度。資料來源：ARC 三維全天空天文物理卓越中心（ASTRO 3D）。

“這幅作品真正令人興奮的地方在於，我們看到了最早的星系與最近形成的星系之間的發射線相似性，而且更容易測量。這意味著我們現在有了更多的方法來回答關於早期宇宙的問題，而這段時期在技術上是很難研究的，」第二作者、科廷大學/ICRAR 和ASTRO 3D 的博士生Ravi Jaiswar 說。

“這項研究是我們星系演化計劃的核心工作。透過了解早期星系的面貌，我們可以在此基礎上回答構成我們地球上日常生活中一切的元素的起源問題，”ASTRO 3D主任Emma Ryan-Weber教授說。