韦伯太空望远镜揭示出照亮早期宇宙的星暴星系

"在产生紫外线方面，这些小星系贡献远超其体积比例，"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。"我们对这些微小但强大星系的分析灵敏度是先前研究的十倍，表明它们数量充足且蕴含足够的紫外线能量，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次会议上讨论了他的发现。该研究利用了韦伯望远镜近红外相机（NIRCam）仪器收集的现有成像数据，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。这些图像是UNCOVER（再电离纪元前的超深近红外光谱仪与近红外相机观测）观测计划的一部分，该计划由宾夕法尼亚州匹兹堡大学的蕾切尔·贝赞森领导。

该项目测绘了一个名为Abell 2744的巨大星系团，昵称潘多拉星系团，位于南天星座玉夫座方向约40亿光年处。该星系团的质量形成了引力透镜，放大了遥远光源，进一步拓展了韦伯望远镜本已可观的探测能力。

在宇宙诞生后的最初十亿年的大部分时间里，宇宙沉浸在中性氢气的迷雾中。如今，这种气体已被电离——即其电子被剥离。天文学家将这种转变称为再电离，他们长期困惑于是哪类天体起主要作用：大星系、小星系，还是活动星系中的超大质量黑洞。作为其主要目标之一，NASA的韦伯望远镜正是为了解答关于宇宙史上这一重大转变的关键问题而设计的。

近期研究表明，经历剧烈恒星形成的小星系可能发挥了超乎比例的作用。此类星系在今天很罕见，仅占我们周围星系的约1%。但在宇宙约8亿年时（天文学家称之为红移7的时期，当时再电离正全面进行），它们曾大量存在。

研究团队在星系团的近红外相机图像中，搜寻具有正确宇宙年龄且显示出极端恒星形成（称为星暴）迹象的小星系。

"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，星暴事件不仅产生丰富的紫外线——它们还在星系星际物质中开辟通道，帮助这些光线突破束缚。"

天文学家寻找特定波长光的强光源，这标志着高能过程的存在：由失去两个电子的氧原子发出的绿光。这种来自双电离氧的绿色辉光在早期宇宙中最初作为可见光发射，在穿越膨胀宇宙的过程中被拉伸至红外波段，最终抵达韦伯望远镜的仪器。

该技术揭示了83个小型星暴星系，它们呈现的是宇宙8亿年时的样貌，相当于当前138亿年宇宙年龄的约6%。团队从中选出20个进行更深入研究，使用了近红外光谱仪。

"这些星系非常小，若要达到我们银河系相当的恒星质量，需要2000到20万个这样的星系，"马尔霍特拉指出。"但我们能够探测到它们，得益于我们新颖的样本选择技术与引力透镜效应的结合。"

当今宇宙中类似类型的星系（如绿豌豆星系）将其约25%的电离紫外线释放到周围空间。如果沃尔德团队研究的低质量星暴星系释放相似比例，它们就能提供将宇宙中性氢转化为电离态所需的全部紫外线。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界领先的空间科学观测站。韦伯正在揭开太阳系的谜团，观测其他恒星周围的遥远世界，并探索宇宙的神秘结构、起源以及人类在其中的位置。韦伯是由NASA与其合作伙伴ESA（欧洲航天局）和CSA（加拿大航天局）共同领导的国际项目。