韦布空间望远镜揭示照亮早期宇宙的星暴星系

"在产生紫外线方面，这些小型星系发挥了远超其体量的作用，"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的星系进行的分析，其灵敏度是先前研究的十倍。结果表明它们数量充足且蕴含足够的紫外线能量，足以推动这场宇宙革新。"

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）仪器采集的现有图像，以及通过其近红外光谱仪（NIRSpec）仪器获得的新观测数据。

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图像发现了这些微小星系。这些图像源自宾夕法尼亚州匹兹堡大学蕾切尔·贝赞森领导的UNCOVER（再电离纪元前的超深近红外光谱与相机观测）计划。

该项目测绘了名为阿贝尔2744（别称潘多拉星系团）的巨型星系团，该星系团位于南天玉夫座方向，距离地球约40亿光年。星系团的巨大质量形成了引力透镜效应，可放大遥远光源，从而扩展了韦伯望远镜本已强大的观测范围。

在宇宙诞生后的最初十亿年间，中性氢气形成的雾霭笼罩着整个宇宙。如今，这些气体已被电离——即失去了电子。天文学家将这一转变称为再电离，他们长期困惑于是何种天体主导了这一过程：大型星系、小型星系，还是活跃星系中的超大质量黑洞？作为核心目标之一，NASA韦伯望远镜正是为解答宇宙史上这一重大转变的关键问题而设计。

近期研究表明，经历剧烈恒星形成的矮星系可能发挥了超乎寻常的作用。此类星系在当今宇宙中极为罕见，仅占周围星系的1%左右。但在宇宙约8亿岁（天文学家称为红移7的时期，此时再电离进程正酣）时，它们曾大量存在。

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）迹象且符合宇宙年龄要求的矮星系。

"低质量星系周围聚集的中性氢气体较少，这使得电离紫外线更容易逃逸，"罗兹解释道。"同样，星暴事件不仅能产生大量紫外线——还会在星系星际物质中开辟通道，帮助这些光线突破束缚。"

天文学家们寻找特定波长光的强光源，该波长标志着高能过程的存在：即失去两个电子的氧原子所发出的绿光。在早期宇宙中以可见光形式发射后，双电离氧原子的绿色辉光在穿越膨胀宇宙的过程中被拉伸至红外波段，最终被韦伯望远镜的仪器捕获。

该技术揭示了83个呈现星暴现象的矮星系，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%）。团队从中选取20个星系，利用近红外光谱仪进行深度观测。

"这些星系极其微小，若想累积达到我们银河系相当的恒星质量，需要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的结合，我们得以探测到它们。"

当今宇宙中的类似星系（如"绿豌豆"星系）会将其约25%的电离紫外线释放到周围空间。若沃尔德团队研究的低质量星暴星系释放比例相近，它们便能提供宇宙中所有将中性氢转化为电离态所需的紫外线能量。

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的奥秘，探索遥远恒星周围的外星世界，并研究宇宙的神秘结构、起源以及人类在其中的位置。韦伯是由NASA主导，与欧空局（ESA）及加拿大航天局（CSA）合作推进的国际项目。