研究人員使用詹姆斯韋伯太空望遠鏡發現了三個來自早期宇宙的巨大星系，發現它們的質量與銀河系一樣大，並且以驚人的效率形成恆星。這項發現與早期恆星形成緩慢的模型相矛盾，顯示早期宇宙的恆星形成比以前認為的要多得多。

這三個紅色怪物是宇宙大爆炸後第一個十億年中質量極大且佈滿塵埃的星系。圖片來源：NASA/CSA/ESA、M. Xiao 和PA Oesch（日內瓦大學）、G. Brammer（尼爾斯·玻爾研究所）、Dawn JWST 檔案

在早期宇宙中發現三個星系“紅色怪物”

由日內瓦大學(UNIGE) 領導的國際研究小組發現了三個超大質量星系，每個星係都幾乎與銀河系一樣大，它們存在於宇宙大爆炸後的頭十億年內。這項意外發現是利用詹姆斯韋伯太空望遠鏡的FRESCO 程式得出的，該程式利用NIRCam/grism 光譜儀精確測量星系的距離和恆星質量。

結果表明，早期宇宙中的恆星形成效率明顯高於先前的認識，挑戰了既定的星系形成模型。這些發現於11 月13 日發表在《自然》雜誌上。

挑戰傳統星系形成理論

根據現行的科學模型，星系逐漸形成在巨大的暗物質暈中，這些暗物質暈吸收氣體（原子和分子）形成引力束縛結構。通常，只有大約20% 的氣體會轉化為星系內的恆星。然而，UNIGE 團隊利用美國太空總署的詹姆斯韋伯太空望遠鏡(JWST) 進行的新觀測對這一觀點提出了質疑。數據表明，早期宇宙中巨大的星系形成恆星的速度可能比後來的星系高得多，生長速度遠遠快於曾經的想像。

JWST 無與倫比的能力使天文學家能夠系統地研究非常遙遠和早期宇宙中的星系，從而深入了解巨大且被塵埃遮蔽的星系。透過分析FRESCO 調查中的星系，科學家發現大多數來源都符合現有模型。

然而，他們也發現了三個令人驚訝的質量巨大的星系，其恆星質量與今天的銀河系相當。它們形成恆星的效率幾乎是其低質量對應物和後期星系的兩倍。由於它們含有大量塵埃，在JWST 圖像中呈現出明顯的紅色，它們被命名為三個「紅色怪物」。

「我們的發現正在重塑我們對早期宇宙中星系形成的理解，」新研究的主要作者、日內瓦大學科學學院天文系博士後研究員肖夢遠博士說。 「這些『紅色怪物』的巨大特性在詹姆斯韋伯望遠鏡之前很難確定，因為它們由於塵埃衰減而無法在光學上看到，」巴黎-薩克雷原子能委員會研究主任戴維·埃爾巴茲博士說。

詹姆斯韋伯太空望遠鏡是太空探索的革命性工具，能夠窺視早期宇宙並發現遙遠的星系、恆星和行星。它使用紅外線技術揭示了以前的望遠鏡無法發現的細節。圖片來源：ESA/ATG medialab

國際團隊與詹姆斯韋伯望遠鏡一起開發了一個新項目，以系統地分析宇宙歷史最初十億年內的完整發射線星系樣本。這種方法使團隊能夠對整個星系樣本進行精確的距離估計和可靠的恆星質量測量。

「我們的研究結果凸顯了NIRCam/光柵光譜的非凡能力，」日內瓦大學科學學院天文系副教授、該觀測計畫首席研究員Pascal Oesch 解釋道。 “太空望遠鏡上的儀器使我們能夠識別和研究星系隨時間的增長，並更清楚地了解恆星質量在宇宙歷史過程中是如何積累的。”

雖然這些發現與標準宇宙學模型並不衝突，但它們對星系形成理論提出了新的問題，特別是早期宇宙中「太多、太重」星系的問題。目前的模型可能需要考慮獨特的過程，這些過程允許某些早期大質量星系實現如此高效的恆星形成，從而在宇宙的早期非常迅速地形成。未來利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和阿塔卡馬大型毫米波陣列(ALMA) 進行的觀測將進一步深入了解這些超大質量“紅色怪物”，並揭示此類源的更大樣本。

「這些結果表明，早期宇宙中的星係可以以意想不到的效率形成恆星，」肖孟元博士總結道。 “隨著我們更深入地研究這些星系，它們將為塑造宇宙早期時代的條件提供新的見解。’紅色怪物’只是我們探索早期宇宙新時代的開始。”

編譯自/ scitechdaily