強(qiáng)發(fā)射線的矩0圖和光譜片段。對(duì)于每條強(qiáng)線，學(xué)家現(xiàn)富星系減去透鏡、早期中減去連續(xù)統(tǒng)的宇宙力矩0圖顯示在第一行，帶有與圖1相同的含金標(biāo)記區(qū)域。光譜片段顯示在第二行，天文整合了三個(gè)區(qū)域。學(xué)家現(xiàn)富星系光譜垂直偏移以幫助觀察，早期中零基線由細(xì)黑線表示。宇宙綠色虛線表示線或線關(guān)聯(lián)的含金高斯擬合加上局部連續(xù)體的線性擬合。光譜的天文標(biāo)注樣式和顏色與圖1相同。Credit: The 學(xué)家現(xiàn)富星系Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acb59c
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)（by James Dean, Cornell University）：掃描由美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)拍攝的一個(gè)著名的早期星系的第一張圖像時(shí)，康乃爾的早期中天文學(xué)家們好奇的在它的外邊緣附近看到了一個(gè)光點(diǎn)。
他們最初的宇宙焦點(diǎn)，也是含金紅外天文臺(tái)的目標(biāo)，是SPT0418-47，這是早期宇宙中最亮的塵埃恒星形成星系之一，其遙遠(yuǎn)的光被前景星系的引力彎曲并放大成一個(gè)圓形，稱為愛因斯坦環(huán)。
但是，對(duì)去年秋天發(fā)布的早期JWST數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的研究，意外地發(fā)現(xiàn)了一個(gè)伴星系，它以前隱藏在前景星系的光線后面，盡管它很年輕，估計(jì)有14億歲，但令人驚訝的是，它似乎已經(jīng)擁有了多代恒星。
“我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)星系化學(xué)成分非常豐富，這是我們都沒有預(yù)料到的，”負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析的天文學(xué)博士生薄鵬說。“JWST改變了我們看待這個(gè)系統(tǒng)的方式，并為研究早期宇宙中恒星和星系的形成開辟了新的途徑。”
彭是2月17日在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上發(fā)表的“在發(fā)現(xiàn)z~4星暴星系的一個(gè)充滿灰塵的化學(xué)成熟伴星早期發(fā)布科學(xué)數(shù)據(jù)”的第一作者，八位合著者是文理學(xué)院天文系的現(xiàn)任或前任成員。
康奈爾天體物理和行星科學(xué)中心(CCAPS)的副研究員、論文第二作者Amit Vishwas說，智利阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列(ALMA)捕捉到的同一愛因斯坦環(huán)的早期圖像包含JSWT清晰解析的伴星線索，但它們只能被解釋為隨機(jī)噪聲。
通過研究來自NIRSpec儀器的圖像的每個(gè)像素中嵌入的光譜數(shù)據(jù)，彭確定了環(huán)內(nèi)的第二個(gè)新光源。他確定，這兩個(gè)新的來源是一個(gè)新星系的圖像，該新星系被形成光環(huán)的同一個(gè)前景星系引力透鏡化，盡管它們要暗8到16倍——這證明了JWST紅外視覺的力量。
對(duì)光的化學(xué)成分的進(jìn)一步分析證實(shí)，來自氫、氮和硫原子的強(qiáng)發(fā)射線顯示出類似的紅移——這是一種測(cè)量星系隨著距離變得更遠(yuǎn)而延伸到更長、更紅波長的光的量。這使得這兩個(gè)星系離地球的距離大致相同——紅移約為4.2，約為宇宙年齡的10%——并且位于同一區(qū)域。
為了驗(yàn)證他們的發(fā)現(xiàn)，研究人員回到了ALMA早期的觀察。他們發(fā)現(xiàn)電離碳的發(fā)射線與JWST觀測(cè)到的紅移非常匹配。
“這真的確定了，”維什瓦斯說。“因?yàn)槲覀冇袔讞l發(fā)射線移動(dòng)了完全相同的量，毫無疑問，這個(gè)新星系就在我們認(rèn)為的地方。”
該團(tuán)隊(duì)估計(jì)，他們標(biāo)記為SPT0418-SE的伴星系距離該環(huán)不到5千秒差距。(銀河系的衛(wèi)星麥哲倫云距離我們大約50千秒差距。)這種接近表明星系必定會(huì)相互作用，甚至可能合并，這一觀察增加了對(duì)早期星系如何演變成更大星系的理解。
作為早期宇宙中的星系，這兩個(gè)星系的質(zhì)量適中，其中“se”相對(duì)較小，塵埃較少，使其看起來比極度模糊的塵埃環(huán)更藍(lán)。基于顏色相似的附近星系的圖像，研究人員認(rèn)為它們可能居住在“一個(gè)巨大的暗物質(zhì)暈中，還有尚未被發(fā)現(xiàn)的鄰居。”
考慮到它的年齡和質(zhì)量，伴星系最令人驚訝的是它成熟的金屬含量——比氦和氫重的元素?cái)?shù)量，如碳、氧和氮。該小組估計(jì)，這相當(dāng)于我們的太陽，它已經(jīng)超過40億歲，并繼承了前幾代恒星的大部分金屬，這些恒星用了80億年來建立它們。
“我們看到至少幾代恒星在宇宙存在的第一個(gè)十億年內(nèi)生存和死亡的殘留物，這不是我們通常看到的，”Vishwas說。“我們推測(cè)，在這些星系中形成恒星的過程一定非常有效，并且在宇宙中很早就開始了，特別是為了解釋測(cè)得的氮相對(duì)于氧的豐度，因?yàn)檫@個(gè)比率是衡量多少代恒星存活和死亡的可靠指標(biāo)。”
研究人員已經(jīng)提交了一份JWST觀測(cè)時(shí)間的提案，以繼續(xù)研究光環(huán)及其同伴，并協(xié)調(diào)光學(xué)和遠(yuǎn)紅外光譜之間的潛在差異。
“我們?nèi)栽谘芯窟@個(gè)星系，”彭說。“這些數(shù)據(jù)中還有更多值得探索的地方。”
該團(tuán)隊(duì)感謝早期發(fā)布的科學(xué)計(jì)劃，該計(jì)劃使JWST數(shù)據(jù)立即可供公眾使用，名為“模板:瞄準(zhǔn)極度放大的全色透鏡弧及其擴(kuò)展的恒星形成”，由美國宇航局天體物理學(xué)家簡·里格比領(lǐng)導(dǎo)，天文臺(tái)的運(yùn)營項(xiàng)目科學(xué)家。