早期宇宙中活跃形成的星系以冷气体为食
研究人员分析了来自NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据，确定了三个星系可能在宇宙年龄只有4亿到6亿年时就开始活跃形成。韦伯的数据显示，这些星系周围被气体包围，研究人员怀疑这些气体几乎是纯氢和氦，是宇宙中最早存在的元素。韦伯的仪器非常灵敏，能够探测到这些星系周围不寻常的密集气体。这些气体很可能最终会为星系中新恒星的形成提供燃料。
“这些星系就像是在一片中性、不透明气体的海洋中的闪闪发光的岛屿。”丹麦哥本哈根大学宇宙黎明中心（DAWN）的天体物理学助理教授兼首席作者卡斯珀·海因茨解释道。“如果没有韦伯，我们将无法观测到这些非常早期的星系，更不用说了解它们的形成。”
“我们正在摆脱将星系视为孤立生态系统的观念。在宇宙历史的这个阶段，星系都与星系间介质以及其中的暗条和原始气体紧密相连。”DAWN的博士生同时也是合著者之一的西蒙娜·尼尔森补充道。
图像：早期宇宙中形成的星系（艺术家概念图）
这幅图显示了一个星系在大爆炸后几亿年形成，即再电离时代期间，气体是透明和不透明的混合物。来自NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据显示，冷气体正在落入这些星系中。
影像来源: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
在韦伯的图像中，这些星系看起来像是淡红色的斑点，这就是为什么被称为光谱的额外数据对团队的结论至关重要。这些光谱显示，这些星系的光被大量的中性氢气体吸收。“气体必须非常广泛，覆盖了星系的很大一部分。”DAWN的合著者兼教授达拉奇·沃森说。“这表明我们正在看到中性氢气汇聚成星系。这些气体将继续冷却、聚集并形成新的恒星。”
大爆炸后几亿年，即再电离时代期间，宇宙是一个非常不同的地方。恒星和星系之间的气体大多是不透明的。整个宇宙的气体在大爆炸后约10亿年才变得完全透明。星系的恒星加热和电离周围的气体，使气体最终变得完全透明。
通过将韦伯的数据与恒星形成的模型相匹配，研究人员还发现，这些星系主要由年轻恒星组成。“我们看到大量的气体储备也表明，这些星系还没有足够的时间形成它们的大部分恒星。”沃森补充说。
这仅仅是开始
韦伯不仅达到了推动其开发和发射的任务目标——它还超越了这些目标。“在韦伯之前，这些遥远星系的图像和数据无法获得。”DAWN的合著者兼副教授加布里埃尔·布拉默解释说。“另外，当我们第一次看到这些数据时，我们对我们将要发现的东西有很好的感觉——我们几乎是通过眼睛做出的发现。”
还有许多问题需要解决。具体来说，气体在哪里？有多少位于星系中心附近或星系外围？气体是否是原始的，还是已经含有较重的元素？未来的研究任务重大。“下一步是建立大量的星系统计样本，并详细量化它们的特征的普遍性和显著性。”海因茨说。
研究人员的发现得益于韦伯的宇宙演化早期发布科学（CEERS）调查，其中包括了来自望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）的遥远星系的光谱，并立即作为韦伯早期发布科学（ERS）计划的一部分公开，以支持此类发现。
这项研究发表在2024年5月24日的《科学》杂志上。
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。韦伯将解开我们太阳系中的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们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ESA和CSA领导的一项国际计划。
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