詹姆斯·韦伯太空望远镜显示许多早期星系看起来像泳池浮条，冲浪板
研究人员分析了NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的图像，发现早期宇宙中的星系通常是扁平细长的，就像冲浪板和泳池浮条一样，很少是圆形的，比如排球或飞盘。“我们研究的星系中，大约有50%到80%在二维空间中看起来是扁平的。”该研究的第一作者维拉杰·潘迪亚解释说，他是纽约哥伦比亚大学的NASA哈勃研究员。“看起来像泳池浮条或冲浪板的星系在早期宇宙中似乎很常见，这令人惊讶，因为它们在我们附近并不常见。”
该团队专注于韦伯提供的大量近红外图像，即宇宙演化早期发布科学（CEERS）调查，从中挑选出估计在宇宙6亿至60亿岁时存在的星系。
图片: 遥远星系的形状样本
研究人员分析了来自NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的宇宙演化早期发布科学（CEERS）调查中出现的遥远星系，发现当宇宙只有6亿到60亿年的时候，出现了一系列奇怪的形状。左上方的插图显示了一个看起来更像球体的星系，这是韦伯结果中最不常见的星系，它看起来像圆盘上的边缘，但可能更好地归类为细长星系。在韦伯的调查中，细长的形状是最常见的形状之一。
影像来源: NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (UT Austin)， Micaela Bagley (UT Austin)， Rebecca Larson (UT Austin)
虽然大多数遥远的星系看起来像冲浪板和泳池浮条，但其他星系的形状像飞盘和排球。“排球”或球形星系是宇宙“海洋”中最紧凑的类型，也是最不常被发现的类型。这些飞盘被发现和冲浪板一样大，沿着“地平线”形成泳池浮条状的星系，但在附近的宇宙中，在靠近“海岸”的地方变得更常见。（在此图中进行比较。）
如果我们能把时钟拨回数十亿年，我们的银河系会属于哪一类？“我们最好的猜测是，它可能看起来更像一个冲浪板。”共同作者张浩文说，他是图森亚利桑那大学的博士生。这一假设部分是基于韦伯的新证据——理论学家们已经“倒转时钟”来估计数十亿年前银河系的质量，这与当时的形状有关。
图片: 遥远星系的3D分类
这些是NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜在其CEERS调查中拍摄到的遥远星系的例子。星系经常呈扁平和细长状，就像泳池浮条或冲浪板（沿着顶部）。薄的圆盘状星系，就像飞盘一样，是下一个主要的星系群(如图左下方和中间)。球状或排球形状的星系在他们的探测中所占比例最小（如图右下角所示）。据估计，所有这些星系在宇宙只有6亿到60亿年的时候就已经存在了。
影像来源: NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (UT Austin), Micaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin)
这些遥远的星系也比附近的螺旋星系和椭圆星系质量小得多——它们是像我们这样更大质量星系的前身。“在早期的宇宙中，星系成长的时间要短得多。”研究报告的共同作者、NASA哈勃研究员、哥伦比亚大学的卡泰克·耶尔说。“确定早期星系的其他类别令人兴奋——现在有更多的东西需要分析。我们现在可以研究星系的形状与它们的外观之间的关系，并更好地预测它们是如何形成的。”
韦伯的灵敏度，高分辨率图像，以及对红外光的专业研究，使该团队能够快速描述出许多CEERS星系的特征，并建立它们的3D几何模型。潘迪亚还表示，如果没有天文学家利用NASA的哈勃太空望远镜进行的广泛研究，他们的工作就不可能完成。
几十年来，哈勃望远镜拍摄了一些最早的星系照片，让我们惊叹不已，从1995年的第一个“深场”开始，到后来的一项开创性的调查，即“宇宙集会近红外深空银河外遗产调查 ”。像这样的深空调查带来了更多的统计数据，使天文学家在整个宇宙时间内创建了遥远星系的强大3D模型。今天，韦伯正在帮助加强这些努力，增加了哈勃望远镜无法探测到的遥远星系的数量，并以比以前更详细的方式揭示了早期宇宙。
韦伯拍摄到的早期宇宙的图像就像海洋的巨浪一样——带来了新的证据。“哈勃望远镜长期以来一直显示出过多的细长星系。”合著者马克·韦尔塔斯-康姆帕尼解释说，他是加那利群岛天体物理研究所的教员研究科学家。但研究人员仍然想知道：如果对红外光敏感，额外的细节会更好地显示吗？韦伯证实，哈勃望远镜没有错过他们观测到的星系的任何其他特征。此外，韦伯还向我们展示了许多形状相似的遥远星系，所有这些都非常详细。”
我们的知识仍然存在差距——研究人员不仅需要来自韦伯更大的样本量来进一步完善遥远星系的属性和精确位置，他们还需要花足够的时间调整和更新他们的模型，以更好地反映遥远星系的精确几何形状。“这些都是早期的结果。”通讯作者之一、缅因州沃特维尔科尔比学院副教授伊丽莎白·麦格拉思说。“我们需要更深入地研究数据，以弄清楚发生了什么，但我们对这些早期趋势感到非常兴奋。”
詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。韦伯正在解开我们太阳系的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源，以及我们在其中的位置。韦伯是由NASA及其合作伙伴欧洲航天局和加拿大航天局领导的一个国际项目。
参考来源：