哥本哈根大學的研究人員利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡，首次看到了130多億年前宇宙中三個最早星系的形成過程。尼爾斯-玻爾研究所（Niels Bohr Institute）的研究人員在天文學史上首次見證了宇宙中三個絕對最早星系的誕生，它們誕生於距今133 億年和134 億年之間。

這幅插圖顯示了一個在宇宙大爆炸後幾億年才形成的星系，在重離子時代，氣體是透明和不透明的混合體。來自美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的數據顯示，這些早期星系附近存在大量冷的中性氣體–而且這些氣體的密度可能比預想的要高。韋伯望遠鏡在2022年開始觀測幾個月後，作為其宇宙演化早期釋放科學（CEERS）調查的一部分觀測到了這些星系。 CEERS包括影像和來自其NIRSpec（近紅外線攝譜儀）上微型遮光器的光譜資料。作為韋伯早期發布科學（ERS）計劃的一部分，CEERS的數據立即發布，以支持類似的發現。資料來源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）

這項發現是利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）完成的，該望遠鏡為我們地球上的人們帶來了對形成中星系的首次”實時觀測”。

透過這架望遠鏡，研究人員能夠看到大量氣體發出的訊號，這些氣體在形成過程中不斷累積並吸附在一個小型星系上。雖然根據理論和電腦模擬，星係就是這樣形成的，但實際情況卻從未出現過。

“可以說，這是我們看到的第一張’直接’拍攝的星系形成圖像。詹姆斯-韋伯之前向我們展示的是處於演化後期的早期星系，而在這裡，我們見證了它們的誕生，從而也見證了宇宙中第一批恆星系統的建構。 “尼爾斯-玻爾研究所的卡斯帕-埃爾姆-海因茨助理教授說，他領導了這項新研究。

這項研究發表在備受推崇的科學期刊《科學》。

他們是如何做到的：

研究人員利用複雜的模型，研究了這些星系的光線是如何被其內部和周圍的中性氣體吸收的，從而能夠測量宇宙第一批星系的形成過程。這種轉變被稱為萊曼-阿爾法轉變。

透過測量光線，研究人員能夠將新形成的星系中的氣體與其他氣體區分開來。這些測量結果之所以能夠實現，要歸功於詹姆斯-韋伯太空望遠鏡極為靈敏的紅外線攝譜儀功能。

大爆炸後不久誕生的星系

研究人員估計，這三個星系的誕生大約發生在宇宙大爆炸之後的4-6 億年。雖然這聽起來像是一個很長的時間，但它相當於在宇宙138 億年總壽命的前3% 到4% 的時間裡形成的星系。

宇宙大爆炸後不久，宇宙還是一團由氫原子組成的巨大不透明氣體–與今天不同的是，今天的夜空中佈滿了輪廓分明的恆星。

「在宇宙大爆炸後的幾億年裡，第一批恆星形成，之後恆星和氣體開始凝聚成星系。」達拉赫-華生（Darach Watson）副教授解釋：「這就是我們在觀測中看到的開始過程。 “

星系的誕生發生在宇宙歷史上被稱為”再電離紀元”的時期，當時一些第一批星系的能量和光線衝破了氫氣迷霧。

研究人員正是利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的紅外線視覺捕捉到了這些大量的氫氣。這是迄今為止科學研究人員發現的對寒冷的中性氫氣最遙遠的測量，氫氣是恆星和星系的組成部分。

關於早期宇宙

宇宙的”生命”始於大約138 億年前的一次巨大爆炸–宇宙大爆炸。這事件產生了大量的亞原子粒子，如夸克和電子。這些粒子聚集在一起形成質子和中子，然後凝聚成原子核。宇宙大爆炸後大約38 萬年，電子開始圍繞原子核運行，宇宙中最簡單的原子逐漸形成。

第一批恆星是在幾億年後形成的。在這些恆星的內部，形成了我們周圍更大、更複雜的原子。

後來，恆星凝聚成星系。我們已知最古老的星係是在宇宙大爆炸後大約3-4 億年形成的。我們的太陽系誕生於大約46 億年前–宇宙大爆炸後90 億多年。

進一步了解我們的起源

這項研究是由卡斯帕-埃爾姆-海因茨（Kasper Elm Heintz）與哥本哈根大學尼爾斯-玻爾研究所宇宙曙光中心的研究同事達拉赫-沃森（Darach Watson）、加布里埃爾-布拉莫爾（Gabriel Brammer）和博士生西蒙妮-維加爾（Simone Vejlgaard）等人密切合作完成的。這項最新成果讓他們離實現這一目標更近了一步。

研究小組已經申請了更多的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的觀測時間，希望能夠擴大他們的新成果，以了解更多關於星系形成的最早時代的資訊。

“目前，我們正在繪製新觀測到的星系形成圖，其細節比以前更加豐富。同時，我們也在不斷嘗試突破我們所能看到的宇宙的極限。因此，也許我們會走得更遠，”Simone Vejlgaard 說。

研究人員認為，新知識有助於回答人類最基本的問題之一。

「我們人類一直在問的一個最基本的問題是：『我們從哪裡來？』在這裡，我們透過揭示宇宙中一些最初的結構產生的時刻，拼湊出了更多的答案。」加布里埃爾-布拉莫爾（Gabriel Brammer）副教授總結說：”我們將進一步研究這個過程，希望能夠拼湊出更多的拼圖碎片。”

編譯來源：ScitechDaily