天文学家利用詹姆斯韦伯太空望远镜发现新生星系

随着詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射，天文学家现在能够追溯到很久以前，我们认为第一个星系诞生的时代正在接近。在宇宙的大部分历史中，星系似乎倾向于遵循它们形成的恒星数量和它们形成的重元素数量之间的紧密关系。

但我们现在第一次看到迹象表明，恒星数量和元素之间的这种关系对于最早的星系并不成立。原因很可能是这些星系正处于创造过程中，还没有时间创造重元素。

宇宙中充满了星系——巨大的恒星和气体集合——当我们深入宇宙时，我们会看到它们近在咫尺和远在天边。因为光到达我们的时间越长，星系离我们越远，我们本质上是在回顾时间，让我们能够构建一个关于它们在整个宇宙历史中演化的视觉叙事。

观测结果向我们表明，在过去120亿年(即宇宙年龄的5/6)中，星系一直以平衡的形式生活着：一方面，星系之间似乎存在着一种基本的、紧密的关系。另一方面，它们形成了多少颗恒星，以及它们形成了多少重元素。在这种情况下，“重元素”是指比氢和氦重的所有元素。

这种关系是有道理的，因为宇宙最初仅由这两种最轻的元素组成。所有较重的元素，如碳、氧和铁，都是后来由恒星产生的。

因此，最初的星系应该是“未受重元素污染”的。但直到最近我们才能够回顾那么久远的过去。除了距离较远之外，原因还在于光线在太空中传播的时间越长，它就会变得越红。对于最遥远的星系，你必须一直观察光谱的红外部分，直到詹姆斯·韦伯的发射，我们才有了一台足够大、足够灵敏的望远镜来观察这么远的距离。

太空望远镜也没有让人失望：詹姆斯·韦伯多次打破了自己关于最遥远星系的记录，现在看来我们终于到达了一些最早的星系诞生的时代。

在9月21日发表在《自然天文学》杂志上的一项新研究中，来自丹麦尼尔斯玻尔研究所宇宙黎明中心和哥本哈根DTU空间研究中心的天文学家团队发现了一些似乎确实是最早的发现。仍在形成过程中的星系。

“直到最近，研究早期宇宙中第一个星系是如何形成的几乎是不可能的，因为我们根本没有足够的仪器。现在随着詹姆斯·韦伯的发射，这种情况已经完全改变，”卡斯帕·埃尔姆·海因茨说，该研究的领导者和宇宙黎明中心的助理教授。

基本关系破裂

星系总恒星质量与重元素含量之间的关系比这要复杂一些。星系产生新恒星的速度有多快也有话可说。但如果你纠正这一点，你就会得到一个美丽的线性关系：星系质量越大，重元素就越多。

但这种关系现在正受到最新观察的挑战。

卡斯帕·埃尔姆·海因茨(KasperElmHeintz)表示：“当我们分析其中16个最初的星系发出的光时，我们发现与您对它们的恒星质量和产生的新恒星数量的预期相比，它们的重元素要少得多。”

事实上，这些星系的平均重元素含量比后来的宇宙少四倍。这些结果与当前的模型形成鲜明对比，在当前的模型中，星系在宇宙的大部分历史中都以平衡的形式演化。

理论预测

但结果并不完全令人惊讶。基于详细计算机程序的星系形成理论模型确实预测了类似的情况。但现在我们已经看到了。

正如作者在文章中提出的解释，很简单，我们正在目睹星系的形成过程。重力聚集了第一批气体，这些气体已经开始形成恒星。

如果星系随后不受干扰地生活，恒星很快就会丰富它们的重元素。但当时的星系之间存在大量新鲜、未受污染的气体，它们流向星系的速度比恒星跟上的速度还要快。

“这个结果让我们第一次了解星系形成的最早阶段，这些阶段似乎与星系之间的气体的联系比我们想象的更加密切。

“这是詹姆斯·韦伯对该主题的首次观察之一，因此我们仍在等待，看看目前正在进行的更大规模、更全面的观察能告诉我们什么。

卡斯帕·埃尔姆·海因茨总结道：“毫无疑问，我们很快就会对大爆炸后最初十亿年中星系和第一个结构如何开始形成有更清晰的了解。”