詹姆斯·韦布空间望远镜探测到宇宙大爆炸2.8亿年后最遥远星系

詹姆斯·韦布空间望远镜探测到宇宙大爆炸2.8亿年后最遥远星系# JWST探测到最遥远星系，距大爆炸仅2.8亿年
发布时间：2025年5月23日 作者：Evan Gough，《今日宇宙》

JWST在红移z = 14.44处发现了一个古老而明亮的星系。(NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (加州大学圣克鲁兹分校), B. Johnson (哈佛 – 史密森天体物理中心), S. Tacchella (剑桥大学), P. Cargile (哈佛 – 史密森天体物理中心))

JWST再次取得重大成果。这台强大的太空望远镜已揭示出在大爆炸后仅几亿年就存在的明亮星系。
如今，它探测到了来自一个星系的光，该星系距大爆炸仅2.8亿年，是迄今探测到的最遥远星系。
在JWST之前，我们没有配备足够大镜子的红外望远镜来探测早期星系的光。
哈勃望远镜能观测近红外光，但镜子直径仅2.4米，它在宇宙诞生5亿年内只发现了一个星系。斯皮策太空望远镜是专门的红外望远镜，但镜子直径只有85厘米。
JWST不仅镜子大得多，而且探测器技术也取得巨大进步，使得遮挡早期宇宙的面纱正随着一个个古老星系的发现而被揭开。
JWST的主要科学主题之一是星系的形成与演化。我们需要观测宇宙中最早的星系，以了解它们是如何形成和演变的。在开始观测后的几周内，这台望远镜就发现了大量红移大于z = 10的明亮星系。
“这一意外发现让学界为之振奋，并引发了关于最初约5亿年内星系形成的基本问题。” 一篇新论文的作者写道。
JWST不断拓展我们的观测视野，而这最新的发现表明它可能还未达到极限。

自2022年7月开始科学观测以来，JWST发现了一系列距离越来越远的古老星系。JADES – GS – z14 – 0曾以14.32的红移保持记录。但现在它又发现了另一个红移z = 14.44的古老明亮星系。(NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (加州大学圣克鲁兹分校), B. Johnson (哈佛 – 史密森天体物理中心), S. Tacchella (剑桥大学), P. Cargile (哈佛 – 史密森天体物理中心))

新发现的星系名为MoM – z14，来自Mirage或Miracle巡天项目。这项光谱巡天旨在确认高红移候选星系，z14指的是该星系的红移。这一发现令人惊讶，因为天文学家原本预计在如此高的红移处几乎找不到星系。
这一发现发表在一篇题为 “宇宙奇迹：JWST确认的红移z_spec = 14.44处的显著明亮星系” 的新论文中。第一作者是来自麻省理工学院Kavli天体物理与空间研究所的Rohan Naidu。该论文已提交至《天体物理学开放期刊》，并可在arXiv.org上获取。
“JWST揭示了在惊人的早期时代（z > 10）存在着数量惊人的明亮星系，而此前预计这类星系很少。” 作者们写道。在红移z = 14.4处，这个星系 “将观测边界拓展到了大爆炸后仅2.8亿年”。
他们指出，JWST在z = 14到15之间发现的明亮星系比其发射前的共识数量要多得多。
这项研究并非只是新奇的发现。光谱检测揭示了与JWST星系形成主题相关的有趣结果。

该图按红移和星等展示了宇宙前沿的高红移星系。(Naidu等人，arXiv，2025)

观测表明，该星系的大部分光来自恒星，而非活动星系核（AGN）。AGN是由超大质量黑洞吸积物质驱动的星系明亮核心。因此，MoM – z14可能拥有一些明亮的超大质量恒星，这与早期宇宙理论预测相符。
该星系的氮碳比高于太阳观测值。其化学成分类似于银河系附属的古老球状星团。这意味着该星系中的恒星与球状星团中的恒星，是在相似环境中通过相似的核合成过程形成，并受到先前恒星的金属污染。
“由于这种丰度模式在银河系中最古老的恒星中也很常见，我们可能正在直接见证此类恒星在致密星团中的形成，从而将整个宇宙时间跨度内的星系演化联系起来。” 作者们写道。
这些古老明亮星系似乎有两种形态：点源和延展源。它们的形态与化学组成之间的关系，可能是星系演化中的另一个潜在联系。
“此外，正如Harikane等人（2024b）所指出的，这些形态差异反映在化学丰度模式中，表明形态与演化路径之间存在更深层次的联系。” 作者们写道。
随着JWST发现更多古老明亮星系，一类强氮发射体的天体变得明显，包括明亮的小红点。MoM – z14可能是JWST发现的氮增强最显著的天体之一。
“这进一步证明了在z > 10时存在尺寸 – 化学双峰性，即延展源往往氮含量较弱，而致密源是强氮发射体。” 作者们解释道。
太空科学界对JWST及其观测早期宇宙的能力期待已久。虽然它的一些发现令人惊讶，但这项研究展示了天文学家如何将早期宇宙中的意外发现与现代宇宙联系起来。
“我们通过星系考古学来解读MoM – z14和氮发射体，将它们的丰度模式与银河系中z ≳ 4时诞生的最古老恒星以及球状星团联系起来。” 作者们在结论中写道。
“这些源的氮增强、亮度、硬电离光谱、恒星密度、形态、红移依赖性和黑洞比例，可能与球状星团般的环境有关，在这种环境中，失控碰撞可能产生超大质量恒星等非凡天体。”
如果能在多次取消威胁中幸存下来，罗曼太空望远镜应该会发现数百个这类星系。更大的数据集总是令人期待的，它将有助于巩固这些发现，或者可能带来新的谜团。无论如何，这都将是一种进步。但就目前而言，詹姆斯·韦伯太空望远镜因这一发现值得备受瞩目。
“JWST似乎准备推动宇宙前沿的一系列重大拓展，以前难以想象的红移，接近首批恒星形成的时代，似乎不再遥不可及。” 研究人员总结道。
本文最初由《今日宇宙》发表。阅读原文。