韦伯太空望远镜揭示点亮早期宇宙的星暴星系

"在产生紫外线方面，这些微小星系的表现远超其体型限制，"华盛顿美国天主教大学及马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心的助理研究科学家伊萨克·沃尔德表示。"我们对这些微小而强大星系的分析灵敏度比前人研究高十倍，证明它们不仅数量充足，且携带的紫外线能量足以驱动这场宇宙革新。"

沃尔德于周三在阿拉斯加安克雷奇举行的美国天文学会第246次会议上阐述了其发现。该研究利用了韦伯望远镜近红外相机（NIRCam）采集的现有图像，并结合其近红外光谱仪（NIRSpec）的新观测数据。

沃尔德与其戈达德中心的同事桑吉塔·马尔霍特拉和詹姆斯·罗兹，通过筛选韦伯望远镜在UNCOVER（再电离纪元前的超深空近红外光谱与相机观测）项目中拍摄的图像，发现了这些微小星系。该项目由宾夕法尼亚州匹兹堡大学的蕾切尔·贝赞森领导。

该项目测绘了名为阿贝尔2744（绰号潘多拉星系团）的巨型星系团，该星系团位于南天玉夫座方向约40亿光年处。星系团的质量形成引力透镜，增强了遥远天体的可见度，进一步扩展了韦伯望远镜的探测能力。

在宇宙诞生后最初十亿年的大部分时间里，整个宇宙都笼罩在中性氢气的迷雾中。如今这些气体已被电离——即电子被剥离。天文学家将这一转变称为再电离过程，长期以来一直探究其主要驱动源：是大型星系、小型星系，还是活动星系中的超大质量黑洞？作为核心科学目标之一，NASA韦伯望远镜的建造初衷正是解答宇宙史上这一重大转变的关键问题。

近期研究表明，剧烈恒星形成的小型星系可能发挥了超常作用。此类星系在当今宇宙中仅占周围星系的1%左右，但在宇宙约8亿年历史（天文学家称为红移值7的时期）时数量庞大，此时再电离过程正处于活跃阶段。

研究团队在星系团的近红外相机图像中，搜寻具有极端恒星形成（称为星暴）特征且符合该宇宙年龄的小型星系。

"低质量星系周围聚集的中性氢气较少，使电离紫外线更容易逃逸，"罗兹解释道。"此外，星暴事件不仅产生大量紫外线，还会在星系星际物质中开辟通道，助力光线突破束缚。"

天文学家致力于寻找特定波长光的强发射源——这是高能过程的标志：即失去两个电子的氧原子发出的绿光辐射。这种双电离氧发出的绿光在早期宇宙中本属可见光波段，穿越膨胀宇宙时被红移到红外波段，最终被韦伯望远镜捕捉。

该技术揭示了83个小型星暴星系，它们存在于宇宙8亿年历史时期（相当于当前138亿年宇宙年龄的6%）。团队从中选取20个目标通过近红外光谱仪进行深度观测。

"这些星系极其微小，若需构建相当于银河系的恒星质量，需聚集2,000至200,000个此类星系，"马尔霍特拉指出。"但凭借新颖的样本筛选技术与引力透镜效应，我们成功探测到它们。"

当今宇宙中的同类星系（如绿豌豆星系）约释放25%的电离紫外线至周边空间。若沃尔德团队研究的低质量星暴星系释放比例相近，则它们足以提供将宇宙中性氢转化为电离态所需的全部紫外线能量。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界领先的空间科学观测站。韦伯正在破解太阳系谜题，探索系外遥远世界，并研究宇宙的神秘结构、起源及人类在其中的位置。该项目由NASA主导，合作机构包括欧空局（ESA）和加拿大航天局（CSA）。