韋伯望遠鏡拍到宇宙初期七個原始星系團

【2023年04月27日訊】(記者林達編譯報導)即使是最高的樹、最大的藍鯨,甚至閃閃發光的巨大恆星都曾經是嬰兒。原始恆星(protostar)是熾熱的能量核心,有朝一日會變成恆星和星系。宇宙歷史上的初創時期,即數十億顆恆星和星系在大爆炸後形成和聚集的時期,至今仍超出人類的理解。而韋伯太空望遠鏡的最新數據讓我們對宇宙如何演化至今這個問題又有了進一步理解。

現在,美國宇航局(NASA)的詹姆斯韋伯太空望遠鏡(JWST)確認了一個含有七個星系的原始星系團(protocluster)的距離,這個星團是於大爆炸後僅6.5億年時形成的。天文學家稱這個距離為「紅移7.9」。該發現於4月24日發表於《天體物理學快訊》期刊(Astrophysical Journal Letters)。

根據收集到的數據,一組天文學家計算了這個新生星團的未來發展。其大小和質量很可能會增長到如「后髮座星系團」(Coma Cluster)那樣,它是我們目前宇宙中所含星體最密集的星系之一。

「這是一個非常特殊的加速星系演化的獨特場所,韋伯讓我們擁有了前所未有的能力來測量這七個星系各自的運行速度,並確認它們合體構成一個原始星系團,」研究第一作者、天文學家森下隆宏(Takahiro Morishita,音譯)在一份聲明中說。

韋伯望遠鏡的近紅外光譜儀(NIRSpec)捕獲了關鍵測量值,以確認七個星系的整體距離,和它們在一團暗物質包裹中運動的速度,即它們正以每秒超過600英里的速度穿越太空。

掌握了這些光譜數據後,天文學家就可以模擬和繪製這個原始星團的未來發展藍圖。如果它確實按照預測而演化並最終變成類似於「后髮座星系團」,那它最終可能成為已知最密集的星系團之一。

「我們可以看到這些遙遠的星系就像不同河流中的小水滴,最終將匯聚成一條大河,」合著者、意大利國家天體物理研究所的天文學家本尼迪特‧弗卡尼(Benedetta Vulcani)在一份聲明中這麼說。

據NASA稱,星系團是已知宇宙中質量最集中的地方,它們可以極大地扭曲時空本身的結構。這種扭曲稱為引力透鏡,可以對位於星系團之外的物體產生放大效果。這讓天文學家可以透過星系團進行觀察,就好像它是一個巨大的宇宙放大鏡一樣,研究中,科學家能夠利用這種放大效應並通過潘多拉星系團(Pandora’s Cluster)來觀測研究對象的原始星系團。

探索像潘多拉星系團這樣的大星團是如何聚集的一直很困難,因為宇宙的膨脹會將光從比可見光更短的波段拉長至紅外波段。韋伯望遠鏡精密的紅外儀器就是為填補針對這些宇宙早期的研究空白而開發的。

團隊預計,未來韋伯望遠鏡與羅曼太空望遠鏡(Nancy Grace Roman Space Telescope)合作將在早期星系團研究上獲得更多成果,NASA的羅曼望遠鏡具有高分辨率及寬視場。羅曼望遠鏡能夠識別出更多的原始星系團候選對象,而韋伯可以通過其光譜儀器跟進以確認這些發現。目前,羅曼望遠鏡定於2027年5月發射。

「現在有了韋伯,我們可以進行夢想中的科學探索了,」合著者、加州大學洛杉磯分校的天文學家托馬索‧特魯(Tommaso Treu)在一份聲明中說。「有了這個由七個星系組成的小型原始星系團,在這麼遙遠的距離,我們的光譜確認率卻達到了100%,這展示出未來繪製暗物質圖和填寫宇宙早期發展時間表的潛力。」 ◇

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