詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）正在探測接近時間曙光的星系，以兌現它改變我們對早期宇宙認識的承諾。其中一個星係是異常明亮的GN-z11 星系，它存在時宇宙的年齡只有現在的一小部分。它是迄今觀測到的最年輕、最遙遠的星系之一，也是最神秘的星系之一。為什麼它如此明亮？韋伯似乎已經找到答案了。

科學家利用韋伯望遠鏡對GN-z11進行研究，也發現了一些誘人的證據，證明在這個偏遠星系的外圍存在著群體III恆星。這些難以捉摸的恆星是宇宙中第一批發光的恆星，純粹由氫和氦組成。雖然從未對這類恆星進行明確的探測，但科學家知道它們一定存在。現在，有了韋伯望遠鏡，發現它們似乎比以往任何時候都更接近了。

這張由韋伯的近紅外線相機（NIRCam）儀器拍攝的圖像顯示了GOODS-North 星系場的一部分。右下方的拉線突顯了GN-z11星系，它出現的時間距離宇宙大爆炸剛過4.3億年。影像顯示了一個延伸部分，追蹤GN-z11 宿主星系，以及一個中心源，其顏色與黑洞周圍吸積盤的顏色一致。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Brant Robertson（加州大學聖克魯茲分校）、Ben Johnson（劍橋大學天文學院）、Sandro Tacchella（劍橋大學）、Marcia Rieke（亞利桑那大學）、Daniel Eisenstein（劍橋大學天文學院）

美國國家航空暨太空總署（NASA）詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）的兩個研究小組深入時空，研究了異常明亮的星系GN-z11。

這個星系最初是由美國國家航空暨太空總署的哈伯太空望遠鏡偵測到的，它是迄今為止觀測到的最年輕、最遙遠的星系之一，它是如此明亮，以至於科學家們都很難理解其中的原因。現在，GN-z11 透露了它的一些秘密。

一個利用韋伯望遠鏡研究GN-z11 的小組發現了第一個明確的證據，證明該星系的中央有一個超大質量黑洞，正在快速吸積物質。他們的發現使這個星系成為迄今為止發現的最遠的活躍超大質量黑洞。

英國劍橋大學卡文迪什實驗室和卡弗里宇宙學研究所的首席研究員羅伯托-馬約利諾解釋說：”我們發現了超大質量黑洞附近常見的極緻密氣體。這些是GN-z11所在的黑洞正在吞噬物質的第一個明確訊號。”

利用韋伯望遠鏡，研究團隊也發現了通常在吸積型超大質量黑洞附近觀測到的電離化學元素的跡象。此外，他們還發現該星係正在釋放出一股非常強大的風。這種高速風通常是由與劇烈吸積的超大質量黑洞相關的過程所驅動的。

同樣來自卡文迪許實驗室和卡弗里研究所的研究人員漢娜-於布勒（Hannah Übler）說：”韋伯的近紅外線相機（NIRCam）發現了一個延伸部分，它追蹤著宿主星系，以及一個中央緊湊源，其顏色與黑洞周圍吸積盤的顏色一致。”

這些證據共同表明，GN-z11 內有一個200 萬太陽質量的超大質量黑洞，它正處於吞噬物質的非常活躍階段，這也是它如此明亮的原因。

第二個小組也是由馬約利諾領導的，他們利用韋伯望遠鏡的近紅外線攝譜儀（NIRSpec），在圍繞著GN-z11的光環中發現了一個氣態氦團。

馬約利諾說：”除了氦之外，我們看不到其他任何東西，這表明這個團塊一定是相當原始的。這是理論和模擬在這些時代特別大質量星系附近所預料到的–在光暈中應該有原始氣體的小塊存留，這些氣體可能會坍縮並形成群體III星團。”

尋找前所未見的第三族群恆星–幾乎完全由氫和氦形成的第一代恆星–是現代天文物理學最重要的目標之一。這些恆星預計質量很大、光度很強、溫度很高。它們的預期特徵是存在電離氦，而不存在比氦重的化學元素。

第一批恆星和星系的形成標誌著宇宙歷史的根本性轉變，在此期間，宇宙從黑暗和相對簡單的狀態演變成我們今天看到的高度結構化和複雜的環境。

在未來的韋伯觀測中，Maiolino、Übler 和他們的團隊將對GN-z11 進行更深入的探索，並希望加強對可能正在其光環中形成的Population III 恆星的研究。

《天文學與天文物理學》（Astronomy & Astrophysics）已接受發表關於GN-z11光環中原始氣體團塊的研究成果。GN-z11黑洞的研究結果於2024年1月17日發表在《自然》雜誌。這些數據是作為JWST高級深河外星系巡天（JADES）的一部分獲得的，JADES是NIRCam和NIRSpec團隊的聯合計畫。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡是世界上最重要的太空科學觀測站。韋伯正在揭開太陽系的神秘面紗，眺望其他恆星周圍的遙遠世界，探索宇宙的神秘結構和起源以及我們在宇宙中的位置。韋伯望遠鏡是一項國際計劃，由美國國家航空暨太空總署（NASA）領導，其合作夥伴包括歐洲太空總署（ESA）和加拿大太空總署（Canadian Space Agency）。

編譯自: ScitechDaily