一位藝術家對早期宇宙中恒星暴增的斯韋星系的印象，這些星系通過宇宙網(wǎng)中的伯太細絲被供給恒星形成的原材料。(圖片鳴謝:uux.cn/艾倫·m·蓋勒(Aaron M. Geller)，空望西北大學，遠鏡CIERA + IT-RCDS)
（神秘的星道地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（基思·庫珀）：詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)的明亮星系可能是大質量恒星形成爆發(fā)的產(chǎn)物——這一事實很可能使星系比它們所在時代的預期更加明亮。這是系圖像異研究人員得出的結論，他們使用計算機模擬來模擬這些星系如何形成并開始產(chǎn)生恒星。常明
當JWST在2022年夏天開始科學操作時，亮現(xiàn)它對宇宙的詹姆早期深度觀測很快開始發(fā)現(xiàn)高紅移星系。這些星系似乎比天文學家以前見過的斯韋更早就存在于宇宙中。事實上，伯太在宇宙不到4億年的空望時候，這些星系看起來比標準宇宙學模型預測的遠鏡那個時代更加明亮。這導致有人聲稱，星道標準模型——描述星系開始很小，然后通過由宇宙網(wǎng)中暗物質的細絲和光環(huán)驅動的合并而分層增長——肯定是錯誤的。
“這些星系的發(fā)現(xiàn)是一個很大的驚喜，因為它們比預期的要亮得多，”西北大學的Claude-André Faucher-Giguère在一份聲明中說。“通常，一個星系因為大而明亮，但由于這些星系在宇宙黎明時形成，大爆炸后的時間還不夠長。這些巨大的星系是如何如此迅速地聚集在一起的？”
福徹-吉古爾是加州理工學院的郭超·孫領導的一個團隊的成員，他們一起模擬第一個星系是如何形成的。他們發(fā)現(xiàn)，JWST觀測到的星系不是很大，而是很亮，因為它們是在經(jīng)歷了恒星形成的狂熱時期被觀測到的。模擬不僅成功地模擬了星系的亮度，還模擬了它們的豐度，這兩者都與JWST觀測到的完全匹配。
“一個系統(tǒng)不需要那么龐大，”孫說。“如果恒星的形成是以爆發(fā)的形式發(fā)生的，它會發(fā)出閃光。這就是為什么我們看到幾個非常明亮的星系。”
像這樣的恒星暴增并不罕見。天文學家甚至目睹它們在今天的星系中發(fā)生，有時是在與另一個星系發(fā)生碰撞時。這種合并可以導致分子氣體被攪動到引力占據(jù)主導地位，迫使氣體分裂和坍縮，同時形成一堆恒星。在早期宇宙中，環(huán)境仍然相當混亂，第一批星系可能沒有以均勻的速度吸積所有的恒星形成物質。

JWST發(fā)現(xiàn)了一些遙遠的，但在他們那個時代發(fā)光的星系。“z”數(shù)字指的是它們的紅移——紅移越高，我們看到它們的時間就越久遠，在這種情況下分別是134億年和135億年前。(圖片來源:uux.cn/NASA/ESA/CSA/T. Treu(加州大學洛杉磯分校))
“爆發(fā)式恒星形成在低質量星系中尤其常見，”福徹-吉古爾說。“我們認為發(fā)生的是恒星爆發(fā)形成，然后幾百萬年后這些恒星爆炸成為超新星。氣體被踢出(星系)，然后回落形成新的恒星，推動恒星形成的循環(huán)。”
在早期宇宙中，星系比現(xiàn)在小得多，部分是通過吸積星系間的氣體云，但也通過與其他星系融合而增長。它們變得越大，引力就越大，達到可以抓住更多恒星形成物質的程度。這穩(wěn)定了恒星形成的速度，今天像我們銀河系這樣的星系以更加平穩(wěn)的速度形成恒星。
最重要的是，新模擬的結果符合標準宇宙學模型中描述的星系層級增長模型。
“我們的模擬顯示，星系在宇宙黎明前形成這種亮度沒有問題，”Faucher-Giguère說。
這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在10月3日的《天體物理學雜志快報》上。