詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）發現了來自宇宙早期的塵埃狀恆星形成星系AzTECC71，挑戰了先前關於星系普遍性和組成的假設，為宇宙歷史和星系演化提供了新的見解。它最初從地面望遠鏡中顯示為一個發光的圓球，然後在哈伯太空望遠鏡的圖像中完全消失了。現在，在詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）拍攝的圖像中，這個幽靈般的天體再次出現，變成了一個微弱而獨特的星系。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）發現了一個暗星系AzTECC71，此前哈伯太空望遠鏡一直無法發現這個星系。COSMOS-Web合作小組的這項發現揭示了一個來自早期宇宙的塵埃狀恆星形成星系，顯示這類星系的普遍性比以前認為的要高。這項發現為了解早期宇宙的組成和星系的演化提供了新的視角。(藝術家概念圖）

COSMOS-Web合作計畫的天文學家已經確定AzTECC71天體是一個塵埃狀恆星形成星系。或者換句話說，這是一個在宇宙大爆炸後近10億年的星系，它正忙於形成許多新恆星，但卻籠罩在塵埃的面紗中，難以看透。人們曾經一度認為這些星系在早期宇宙中極為罕見，但這次發現，再加上COSMOS-Web 資料前半部中還有十幾個尚未在科學文獻中描述的候選星系，顯示它們的常見程度可能是預期的3 到10 倍。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡上的NIRCam 儀器中多個彩色濾光片拍攝的AzTECC71 星系的彩色合成照片。資料來源：J. McKinney/M. Franco/C. 凱西/德州大學奧斯汀分校

天文物理學意義與研究成果

德州大學奧斯汀分校博士後研究員傑德-麥金尼說：「這東西真是個怪物。儘管它看起來像一個小圓球，但實際上它每年都在形成數百顆新恆星。即使是如此極端的東西，在我們最新望遠鏡最敏感的成像中也幾乎看不到，這讓我非常興奮。這有可能告訴我們，有一大群星系一直在躲著我們。”

如果這個結論得到證實，那麼它表明早期宇宙的塵埃比之前想像的要多得多。研究小組在《天文物理學報》上發表了他們的研究結果。

COSMOS-Web計畫是JWST最初最大的研究計劃，由UT Austin大學副教授凱特琳-凱西（Caitlin Casey）共同領導，旨在繪製天空中相當於三個滿月大小的100萬個星系的地圖。其部分目標是研究宇宙最早的結構。這個由50 多名研究人員組成的團隊在JWST 的第一年獲得了250 小時的觀測時間，並在2022 年12 月收到了第一批數據，在2024 年1 月之前還會收到更多數據。

在詹姆斯-韋伯太空望遠鏡上的NIRCam 儀器的最紅濾色片（F444W，最右邊）中可以清晰地看到AzTECC71 星系，但在最藍濾色片（F115W 和150W，左邊）中卻完全看不到。資料來源：J. McKinney/M. Franco/C. 凱西/德州大學奧斯汀分校

科技進步與未來研究

塵埃狀恆星形成的星系很難在光學光線下看到，因為恆星發出的大部分光線都被一層塵埃所吸收，然後以更紅（或更長）的波長重新發射出來。在JWST 出現之前，天文學家有時將它們稱為”哈伯暗星系”，指的是以前最靈敏的太空望遠鏡。

麥金尼說：『到目前為止，我們能夠看到早期宇宙中星系的唯一方法就是從哈伯望遠鏡的光學角度來看。這意味著我們對星系演化歷史的理解是有偏差的，因為我們只看到了未被遮蔽、塵埃較少的星系。”

位於夏威夷的詹姆斯-克拉克-麥克斯韋望遠鏡（James Clerk Maxwell Telescope）上的一台相機首次發現了這個名為AzTECC71的星系，它發出的塵埃是一個模糊的球狀物，波長介於遠紅外線和微波之間。接下來，COSMOS-Web 小組在另一個小組使用智利ALMA 望遠鏡收集的數據中發現了這個天體，該望遠鏡具有更高的空間分辨率，可以看到紅外線。這讓他們縮小了源頭的位置。當他們用波長4.44 微米的紅外線觀測JWST 數據時，在完全相同的位置發現了一個微弱的星系。在波長較短的光波中，也就是2.7 微米以下的光波中，則看不到這個星系。

哈伯太空望遠鏡拍攝的AzTECC71 影像與詹姆斯-韋伯太空望遠鏡拍攝的相應影像對比。圖片來源：J. McKinney/M. Franco/C. 凱西/德州大學奧斯汀分校

現在，研究小組正在努力發掘更多這些難以被發現的星系。

麥金尼說：”有了JWST，我們可以首次研究這個被嚴重塵埃遮擋的隱秘星系群的光學和紅外線特性，因為它的靈敏度非常高，不僅能回望宇宙最遙遠的地方，還能穿透最厚重的塵埃面紗。”

研究團隊估計，該星系的紅移約為6，即大爆炸後約9 億年。