韦伯太空望远镜揭示照亮早期宇宙的星暴星系

"在产生紫外线方面，这些小型星系的表现远超其体量预期，" 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。"我们对这些微小却强大星系的分析灵敏度是先前研究的十倍，证明它们不仅数量充足，更具备足够的紫外线能量来驱动这场宇宙革新。"

沃尔德周三在阿拉斯加安克雷奇举行的美国天文学会第246次会议上报告了该发现。研究利用了韦伯望远镜近红外相机（NIRCam）采集的现有图像，以及近红外光谱仪（NIRSpec）设备的新观测数据。

沃尔德与戈达德中心的同事桑吉塔·马尔霍特拉、詹姆斯·罗兹通过筛选韦伯望远镜图像发现了这些微型星系，图像源自由宾夕法尼亚大学匹兹堡分校的瑞秋·贝赞森领导的UNCOVER观测计划（再电离纪元前的超深近红外光谱与相机观测）。

该项目绘制了被称为阿贝尔2744的巨大星系团（绰号潘多拉星系团）的图谱，该星系团位于南天玉夫座，距地球约40亿光年。星系团质量形成的引力透镜可放大遥远光源，进一步拓展了韦伯望远镜本已强大的观测能力。

在宇宙诞生初期的十亿年间，中性氢气体构成的浓雾笼罩着太空。如今这些气体已被电离——剥离了电子。天文学家将这一转变称为再电离，长期困惑何种天体起主导作用：大型星系、小型星系还是活动星系中的超大质量黑洞。作为核心目标之一，NASA韦伯望远镜的研发初衷正是解答宇宙史上这场重大转变的关键问题。

最新研究表明，经历剧烈恒星形成的矮星系可能发挥了超乎寻常的作用。此类星系现今极为罕见，仅占周围星系的1%。但在宇宙约8亿岁时（天文学家称之为红移值7的纪元），它们曾大量存在，当时再电离进程正深入推进。

团队在星系团的NIRCam图像中搜寻具有极端恒星形成（即星暴）迹象的同期矮星系。

"低质量星系周围聚集的中性氢气体较少，这使电离紫外线更易逃逸，"罗兹解释道。"同时，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。"

天文学家通过特定波长光线（即失去两个电子的氧原子释放的绿色谱线）探测高能过程。早期宇宙中双电离氧原子发出的绿光原本属于可见光波段，在穿越膨胀宇宙抵达韦伯望远镜时已被红移至红外波段。

该技术揭示了83个星暴矮星系，它们存在于宇宙8亿岁时（相当于当前138亿年宇宙年龄的6%）。团队从中筛选20个目标使用NIRSpec进行深度观测。

"这些星系极其微小，若想拼凑出相当于银河系的恒星质量，需聚合2,000至200,000个此类星系，"马尔霍特拉指出。"但我们借助创新的样本筛选技术与引力透镜效应成功探测到了它们。"

当代宇宙中的类似星系（如绿豌豆星系）约25%的电离紫外线会逸散至周围空间。若沃尔德团队研究的矮星暴星系释放比例相近，其产生的紫外线总量足以将宇宙中的中性氢完全转化为电离态。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是全球顶尖的空间科学观测站。韦伯正在解开太阳系谜团，探索系外遥远世界，并揭示宇宙的神秘结构、起源及人类在其中的位置。该项目由NASA主导，与ESA（欧洲航天局）和CSA（加拿大航天局）合作推进。