詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）最近的觀測發現，早期宇宙中許多遙遠的星系具有獨特的扁平和拉長形狀，與較近的星係有很大不同。這項發現證實並擴展了哈伯早期的觀測結果，為星系演化提供了新的視角，並對現有理論提出了挑戰。

望遠鏡技術的進步，特別是詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的使用，加強了對星系形狀的分類。最近的一項研究對遙遠的星系進行了分析，發現早期宇宙中普遍存在不尋常的扁平和拉長形狀的星系，這與較近的星系形成了鮮明對比。這對先前關於星系形成和演化的假設提出了挑戰。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Steve Finkelstein（UT Austin）、Micaela Bagley（UT Austin）、Rebecca Larson（UT Austin）

一個多世紀以來，天文學家一直在對遠近星系進行分類，既用肉眼比較它們的形狀，也用光譜數據精確測量它們的屬性。例如，埃德溫-哈伯在1926 年創造了哈伯音叉（見下圖），開始對附近星系的形狀和大小進行分類，結果顯示許多星係都是螺旋星系和橢圓星系。

隨著望遠鏡儀器的靈敏度越來越高，對其形狀進行更準確的分類也變得越來越容易。詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）的新數據為天文學家的分類增添了細微差別。由於韋伯望遠鏡是用紅外光觀測的，因此在它的影像中出現了更多極其遙遠的星系。此外，這些影像非常精細，讓研究人員能夠確定是否有額外的恆星形成區域–或確認它們不存在。

星係是宇宙中非常重要的基本組成部分。有些星系結構簡單，有些則非常複雜。1926 年，美國天文學家艾德溫-哈伯（Edwin Hubble）提出了一個星系分類方案，這是建立星系演化連貫理論的第一步。雖然這個方案也被稱為哈伯音叉圖，但現在被認為有些過於簡單，其基本想法仍然有效。資料來源：美國國家航空暨太空總署

美國國家航空暨太空總署哈伯研究員、紐約哥倫比亞大學的維拉傑-潘迪亞（Viraj Pandya）領導的研究小組最近分析了韋伯宇宙演化早期發布科學（CEERS）巡天中的數百個遙遠星系（見下圖）。CEERS有意覆蓋了與哈伯太空望遠鏡的擴展格羅斯帶（見下圖）相同的大部分區域，後者是用於創建宇宙大會近紅外線深河外星系遺產巡天（CANDELS）的五個區域之一。這樣，他們就可以在望遠鏡觀測重疊的地方重複檢查韋伯望遠鏡的結果。

“我們對韋伯星系的分析與哈伯太空望遠鏡星表中的星系非常一致，”潘迪亞證實說。”兩組數據讓我們能夠在進行分析時全面審查我們的模型，並更好地理解和分類只有韋伯探測到的星系。”研究小組在開始分析時，首先根據相似的特徵將星系分成了幾大類。(他們沒有對每個星系的外觀進行分類，因為這需要光譜數據中的詳細資訊）。

凝視這幅廣闊的圖景。它是由詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）用近紅外線拍攝的多幅影像拼接而成的–它實際上是在活動著。圖片來源：NASA、ESA、CSA、Steve Finkelstein（UT Austin）、Micaela Bagley（UT Austin）、Rebecca Larson（UT Austin）、Alyssa Pagan（STScI）

他們發現，宇宙在6 億至60 億歲時，有著一系列奇特的形狀。主導的星系形狀看起來扁平而修長，就像泳池麵條或衝浪板。在他們研究的所有遙遠星系中，這兩種類型的星系約佔50%到80%–這是一個驚喜，因為這些形狀在近處的星系中很少見。

韋伯探測到的其他星系看起來是圓形的，但也有扁平的，就像飛盤一樣。星系數量最少的一類是形狀像球體或排球的星系。

這張來自哈伯太空望遠鏡的圖像顯示了天空中被稱為”延伸格羅斯帶”（EGS）的部分。CEERS 勘測的研究人員利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡用紅外線觀測了延伸格羅斯帶。圖片來源：NASA、ESA、M. Davis

韋伯的數據也解開了哈伯太空望遠鏡幾十年前觀測到的謎題。為什麼那麼多遙遠的星系看起來像長長的線條？是不是還有更多的星系沒有出現在它的影像中？韋伯很快就回答了這個問題：哈伯沒有錯過任何東西。

潘迪亞說：「韋伯證實了哈伯早已向我們展示的東西，但在紅外光下更為詳細。綜合觀測結果表明，在早期宇宙中，有更多的星系看起來是扁長的。這具有深遠的影響，因為我們通常認為像我們銀河系這樣的星系一開始是圓盤狀的，但事實可能並非如此。”

這些是美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡在宇宙演化早期釋放科學（CEERS）調查中捕捉到的遙遠星系的例子。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Steve Finkelstein（UT Austin）、Micaela Bagley（UT Austin）、Rebecca Larson（UT Austin）

在宇宙歷史的早期，星系的形狀為何如此不同？這個問題目前還沒有答案，但我們正在進行研究，以便更好地了解星系在整個宇宙時間中是如何演變的。

查看更多星系樣本（見上圖，來自韋伯的CEERS 測量），並更具體地比較它們的三維形狀（見下圖）。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）已經在幫助研究人員微調他們對遙遠星系的分類–為已經進行了幾十年的分析增加了重要的速度和細節。

在左上方，韋伯的調查顯示了一種在早期宇宙中罕見，但在今天卻很常見的分類：形狀像球體或排球的星系。右上方是扁平的圓盤或飛盤，它們只是稍微常見一些。

早期占主導地位的星系形狀看起來扁平而修長，就像左下方的衝浪板，或是右下方的泳池麵條。這兩種形狀的星系在天文學家迄今研究過的所有遙遠星系中約佔50%到80%–這是一個驚喜，因為這些形狀的星系在附近星系中並不常見。

天文學家在分類方面取得的進步歸功於韋伯望遠鏡的靈敏度、高解析度影像以及對紅外光的專門研究。天文學界還需要利用韋伯望遠鏡和其他望遠鏡提供的更大樣本量，對更遙遠的星系進行全面分類，然後才能確定任何確定的分組。

共同作者、緬因州沃特維爾科爾比學院副教授伊麗莎白-麥格拉斯（Elizabeth McGrath）解釋說：”通過繼續這項研究，我們和其他團隊將能夠提高我們對宇宙歷史上此時星系內在結構的理解。透過最終整合來自多個資料集的訊息，我們將更了解星系在整個宇宙時間中的形狀”。

資料來源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）、Viraj Pandya（哥倫比亞大學）、Haowen Zhang（亞利桑那大學）、Lucy Reading-Ikkanda（西蒙斯基金會）

編譯自: ScitechDaily