利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope），天文學家首次觀測到了早期宇宙中一個由內而外生長的星系，這距離宇宙大爆炸僅僅​​過去了7億年。這個星係比預期的要小得多，但卻比預期的要成熟得多，它的緻密內核和快速形成的恆星外圍展示了獨特的生長模式。

天文學家利用NASA/ESA詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）觀測到了一個星系在宇宙早期的”由內而外”的生長過程，此時距離宇宙大爆炸僅僅​​過去了7億年。

這個星係比銀河系小一百倍，但它在宇宙早期卻出奇地成熟。 就像一座大城市一樣，這個星系的核心是密集的恆星，但在星系的”郊區”，恆星就變得稀疏了。 就像一座大城市一樣，這個星係也開始擴張，外圍的恆星形成速度正在加快。

這是有史以​​來最早探測到的由內向外的星系成長。 在”韋伯”望遠鏡之前，人們還不可能對宇宙歷史上如此早期的星系生長情況進行研究。 由劍橋大學領導的研究人員說，雖然韋伯望遠鏡獲得的圖像只是時間的縮影，但研究類似的星係有助於我們了解它們是如何從氣體雲轉變成我們今天觀測到的複雜結構的。 研究結果發表在今天（10 月11 日）的《自然-天文學》雜誌。

天文學家利用NASA/ESA 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST) 觀察了早期宇宙中一個星系的​​「由內而外」的生長過程，當時距大爆炸僅過去了7 億年。圖片來源：JADES 合作組織

「星系如何隨宇宙時間演變是天文物理學中的一個重要問題，」共同第一作者、劍橋大學卡文迪什實驗室的桑德羅-塔切拉（Sandro Tacchella）博士說。 “在過去的一千萬年裡，我們已經有了很多關於宇宙一角的星系的優秀數據，但現在有了韋伯望遠鏡，我們可以獲得數十億年前的觀測數據，探測宇宙歷史的最初十億年，這為我們提出了各種新的問題”。

我們今天觀測到的星系主要透過兩種機製成長：要麼它們吸入或吸積氣體形成新的恆星，要麼它們透過與更小的星系合併而成長。 早期宇宙中是否有不同的機制在起作用，這是一個懸而未決的問題，天文學家希望透過韋伯望遠鏡來解決這個問題。

塔切拉說：「你會發現星系一開始很小，因為氣體雲會在自身引力的作用下坍縮，形成非常緻密的恆星核心，也可能形成黑洞。隨著星系的增長和恆星形成的增加，它就有點像一個旋轉的花式滑冰運動員：當滑冰運動員拉動手臂時，它們就會產生動力，旋轉得越來越快。旋轉起來，這就是為什麼它們經常形成螺旋狀或圓盤狀的原因。

宇宙大爆炸7 億年後看到的星系NGC 1549。 資料來源：JADES 協作小組

這個星係是JADES（JWST 高級河外巡天）合作計畫的一部分，它正在早期宇宙中積極地形成恆星。 它有一個高度緻密的內核，儘管年齡相對較小，但其密度與當今大質量橢圓星系相似，而後者的恆星數量是後者的1000倍。 大部分恆星的形成都發生在離核心更遠的地方，在更遠的地方還有一個恆星形成”團塊”。

隨著恆星形成的擴散和星系體積的增大，恆星形成活動​​向外圍劇增。 這種成長類型是透過理論模型預測到的，但有了韋伯望遠鏡，現在就有可能觀測到了。

「韋伯望遠鏡對我們天文學家來說如此具有變革性，原因之一就是我們現在能夠觀測到以前透過建模預測的東西，」合著者、卡文迪什大學博士生威廉貝克（William Baker）說。 “這就像能夠檢查你的家庭作業一樣。”

研究人員利用韋伯望遠鏡從銀河系發出的不同波長的光線中提取了信息，然後利用這些信息估算出年輕恆星和年老恆星的數量，並將其轉換成恆星質量和恆星形成率的估算值。

由於該星系非常緊湊，因此對星系的單個圖像進行了”前向建模”，以考慮儀器效應。 研究人員利用包括氣體發射和塵埃吸收的恆星群模型，發現核心部分的恆星比較老，而周圍的圓盤部分正在進行非常活躍的恆星形成。 這個星系外圍的恆星質量大約每1,000 萬年翻一番，速度非常快：銀河系的質量每100 億年才翻一番。

銀河系核心的密度以及恆星形成率都很高，顯示這個年輕的星系富含形成新恆星所需的氣體，這可能反映了早期宇宙的不同狀況。

塔切拉說：”當然，這只是一個星系，所以我們需要知道當時其他星系在做什麼。所有星係都像這個星系一樣嗎？我們正在分析其他星系的類似數據。透過觀察整個宇宙時間內的不同星系，我們或許能夠重建星系的生長週期，並展示星係是如何生長到今天的最終大小的。

編譯自/ SciTechDaily