美國國家航空暨太空總署（NASA）的詹姆斯-韋伯望遠鏡（James Webb Telescope）發現了一個紅移為14.32的遙遠星系，這表明其出現於宇宙大爆炸後的僅2.9億年，星系的形成速度出乎意料地快。

這張來自美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（又稱韋伯望遠鏡或JWST）的紅外線影像是由NIRCam（近紅外線相機）為JWST 高級深河外星系巡天計劃（或JADES）拍攝的。 NIRCam的數據被用來確定哪些星系需要透過光譜觀測進行進一步研究。其中一個星系JADES-GS-z14-0（如圖）被確定為紅移14.32（+0.08/-0.20），是目前已知最遙遠星系的記錄保持者。這相當於宇宙大爆炸後不到3億年的時間。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Brant Robertson（加州大學聖克魯茲分校）、Ben Johnson（CfA）、Sandro Tacchella（劍橋大學）、Phill Cargile（CfA）

在過去的兩年裡，科學家利用美國太空總署的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（又稱韋伯望遠鏡或JWST）探索了天文學家所說的宇宙黎明期–宇宙大爆炸後最初幾億年的時期，在這段時期誕生了第一批星系。這些星系提供了重要的洞察力，讓我們了解宇宙在非常年輕的時候，氣體、恆星和黑洞是如何變化的。

2023 年10 月和2024 年1 月，一個國際天文學家小組利用韋伯望遠鏡觀測星系，這是JWST 高級深河外星系巡天（JADES）計畫的一部分。利用韋伯望遠鏡的近紅外線攝譜儀（NIRSpec），他們獲得了大爆炸後僅2.9 億年就觀測到的一個創紀錄星系的光譜。這相當於約14 的紅移，紅移是衡量星系的光線被宇宙膨脹拉伸的程度的指標。

我們邀請了義大利比薩高等師範學院的斯特凡諾-卡尼亞尼（Stefano Carniani）和亞利桑那州圖森市亞利桑那大學的凱文-海因萊恩（Kevin Hainline）為我們詳細介紹這個來源是如何被發現的，以及它的獨特性質對星系形成的啟示：

科學家利用美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的近紅外線攝譜儀（NIRSpec）獲取了遙遠星系JADES-GS-z14-0的光譜，以精確測量其紅移，從而確定其年齡。紅移可以透過一個被稱為萊曼-阿爾法斷裂的臨界波長的位置來確定。這個星系的歷史可以追溯到宇宙大爆炸後不到3億年。資料來源：NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted（STScI）、S. Carniani（Scuola Normale Superiore）、JADES Collaboration

高紅移星系研究取得突破性進展

“韋伯望遠鏡上的儀器旨在發現和了解最早的星系，在作為JWST 高級深河外星系巡天（JADES）一部分的第一年觀測中，我們發現了大爆炸後最初6.5 億年的數百個候選星系。 2023年初，我們在數據中發現了一個星系，它有強有力的證據表明它的紅移超過了14，這讓我們非常興奮，但是這個星系源的一些特性讓我們很警惕。

這個光源的亮度出乎我們的意料，這對一個如此遙遠的星係來說是不可能的，而且它距離另一個星系非常近，這兩個星系似乎是一個更大天體的一部分。當我們在2023年10月作為JADES起源場的一部分再次觀測這個源時，用韋伯更窄的NIRCam（近紅外線相機）濾鏡獲得的新成像數據更加指向高紅移假說。我們知道我們需要一個光譜，因為無論我們了解到什麼，都將具有巨大的科學意義，無論是作為韋伯研究早期宇宙的一個新的里程碑，還是作為一個中年星系的一個令人困惑的怪胎。

2024年1月，NIRSpec對這個名為JADES-GS-z14-0的星系進行了近10個小時的觀測，當首次處理光譜時，有明確的證據表明這個星系的紅移確實達到了14.32，打破了先前最遠星系的記錄（JADES-GS-z13-0的z=13.2）。鑑於這個星系源的神秘性，看到這個光譜讓整個團隊都感到無比興奮。

對我們的團隊來說，這個發現不僅僅是一個新的距離記錄；JADES-GS-z14-0最重要的一點是，在這個距離上，我們知道這個星系本質上一定非常明亮。從影像上看，這個光源的直徑超過了1600光年，證明我們看到的光主要來自年輕恆星，而不是來自一個不斷增長的超大質量黑洞附近的發射。這麼多的星光意味著這個星系的質量是太陽的幾億倍！這就提出了一個問題：大自然是如何在不到3億年的時間內創造出如此明亮、巨大和龐大的星系的呢？ “

揭開古老之光的新啟示

這些數據揭示了這個驚人星系的其他重要面向。我們看到這個星系的顏色並不像想像中那麼藍，這表明即使在非常早期的時候，一些光線也被塵埃染紅了。來自Steward 天文台和亞利桑那大學的JADES 研究員Jake Helton 還發現，JADES-GS-z14-0 被韋伯的中紅外線儀器（MIRI）以更長的波長探測到，考慮到它的距離，這是一項了不起的成就。中紅外線成像儀的觀測覆蓋了可見光範圍內發射的光波長，而韋伯望遠鏡的近紅外線儀器對這些波長進行了紅移。

傑克的分析表明，近紅外線成像觀測所暗示的源亮度高於其他韋伯儀器的測量值，這表明該星系中存在強烈的電離氣體發射，其形式為氫和氧的明亮發射線。在這個星系生命的早期就存在氧氣是一個令人驚訝的現象，這表明在我們觀測到這個星系之前，多代大質量恆星已經開始了它們的生命。

所有這些觀測結果都告訴我們，JADES-GS-z14-0 並不像理論模型和電腦模擬所預測的那種存在於宇宙早期的星系。根據觀測到的星系源亮度，我們可以預測它隨著宇宙時間的推移可能會如何增長，而到目前為止，我們還沒有從我們在巡天觀測中觀測到的其他數百個高紅移星系中找到任何合適的類似物。

鑑於搜尋發現JADES-GS-z14-0 的天空區域相對較小，它的發現對我們在早期宇宙中看到的明亮星系的預測數量有著深遠的影響。天文學家很可能會在未來的十年中利用韋伯望遠鏡發現許多這樣的明亮星系，甚至可能是更早的星系。我們很高興能看到宇宙黎明時存在的星系的非凡多樣性。

編譯來源：ScitechDaily