韦伯望远镜揭示：早期宇宙中“杂乱无章”的星系难以稳定成形

天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST），对宇宙大爆炸后几亿年星系的形成过程进行了迄今为止最详细的观测，发现这些星系远比我们如今看到的星系更加混乱无序。

由剑桥大学研究人员领导的团队分析了250多个年轻星系，这些星系存在于宇宙年龄在8亿年至15亿年之间。通过研究这些星系内气体的运动，研究人员发现，大多数星系是动荡的、 “块状” 的系统，尚未像我们的银河系那样形成平稳旋转的盘状结构。

他们的研究结果发表在《皇家天文学会月刊》上，表明随着宇宙的演化，星系逐渐变得更加平静和有序。但在早期宇宙中，恒星形成和引力不稳定性引发了大量湍流，许多星系难以稳定下来。

“我们看到的不仅仅是几个引人注目的异常星系，这是我们首次能够一次性观测整个星系群体，” 来自剑桥大学卡文迪许宇宙学研究所的第一作者洛拉·丹海夫说，“我们发现了巨大的差异：一些星系开始进入有序旋转状态，但大多数仍然处于混乱状态，气体膨胀并向各个方向移动。”

研究人员使用JWST的近红外相机（NIRCam）仪器，采用一种很少使用的 “棱镜模式”，捕捉遥远星系中电离氢气发出的微弱光线。丹海夫编写了新代码来解析棱镜数据，并将其与JWST其他巡天项目的图像相匹配，以测量每个星系内气体的运动情况。

“之前的研究结果表明，大规模、有序的盘状结构很早就形成了，这与我们的模型不符，” 来自卡文迪许宇宙学研究所和卡文迪许实验室的合著者桑德罗·塔切拉博士说，“但通过观察数百个恒星质量较低的星系，而不仅仅是一两个星系，我们看到了更全面的情况，这与理论更加相符。早期星系湍流更强、稳定性更差，通过频繁的合并和恒星形成爆发而成长。”

“这项工作有助于弥合再电离时期和所谓的宇宙正午（恒星形成达到峰值的时期）之间的差距，” 同样隶属于卡文迪许实验室的丹海夫说，“它展示了星系的组成部分是如何逐渐从混乱的团块转变为有序结构的，以及像银河系这样的星系是如何形成的。”

研究结果表明，JWST使科学家能够以前所未有的尺度探索星系动力学。未来的研究将把这些发现与对冷气体和尘埃的观测结合起来，以更全面地描绘最早的星系是如何形成的。

“这仅仅是个开始，” 塔切拉说，“有了更多数据，我们将能够追踪这些湍流系统是如何成长并变成我们如今看到的优雅螺旋星系的。”