觀測到早期宇宙中星系“由內而外”的成長

天文學家們利用美國國家航空航天局/歐洲航天局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）觀測到了早期宇宙中一個星系的“由內而外”的成長過程，這一時期距離大爆炸僅 7 億年。

這個星系的規模比銀河系小一百倍，然而在宇宙如此早期的階段，它卻成熟得令人詫異。

就如同一個大城市，這個星系的核心有着密集的恆星羣，但在星系的“郊區”就沒那麼密集了。並且，像大城市一樣，這個星系開始向外延展，恆星的形成在郊區加快了。

這是有史以來最早探測到的星系由內而外的成長情況。在韋伯出現之前，根本不可能在宇宙歷史這麼早的時期研究星系的成長。

儘管韋伯獲取的圖像只代表了某個時間點的瞬間情況，但由劍橋大學牽頭的研究人員稱，對類似星系展開研究能夠幫助我們弄清楚它們是怎樣從氣體雲演變成我們如今所觀測到的複雜結構的。結果發表在《自然天文學》雜誌上。

“星系在宇宙時間裡是如何演化的這個問題，在天體物理學中是個重要的問題，”來自劍橋卡文迪什實驗室的共同主要作者桑德羅·塔切拉博士說道。

“在過去的一千萬年裡，還有對於我們所在宇宙區域的星系，我們已經擁有了大量出色的數據。但如今有了韋伯望遠鏡，我們能夠獲取數十億年前的觀測數據，去探索宇宙歷史最初的十億年，這引發了各種各樣的新問題。”

“我們如今所觀測到的星系通過兩種主要機制來生長：要麼它們吸入或者積聚氣體來形成新的恆星，要麼它們通過與較小的星系合併來生長。在早期宇宙中是否存在不同的機制在發揮作用，這是一個尚未解決的問題，天文學家希望藉助韋伯望遠鏡來加以解決。”

“‘你會預計星系從氣體雲在自身引力作用下坍縮開始，形成密度非常高的恆星核心，或許還有黑洞，’塔切拉說道。”

“‘隨着星系的生長以及恆星形成的增多，這有點兒像一個旋轉着的花樣滑冰運動員：當滑冰運動員收起手臂時，他們就會聚集動量，並且旋轉得越來越快。星系在一定程度上類似，後來從越來越遠的距離積聚氣體，從而使星系旋轉加快，這便是它們經常形成螺旋狀或者盤狀的原因。’”

這個星系作爲JADES（詹姆斯·韋伯太空望遠鏡高級河外星系巡天）合作項目的一部分被觀測到

它有一個高度密集的核心，儘管相對年輕，但其密度卻與當今擁有千倍以上恆星的大型橢圓星系相仿

恆星形成活動在星系外圍急劇增強，原因是恆星形成向外擴散，導致星系規模增大

“韋伯對於我們天文學傢俱有如此變革意義的衆多原因之一在於，我們如今能夠觀測到此前通過建模所預測的情況，”共同作者、卡文迪什的博士生威廉·貝克（William Baker）說道。“這就好比能夠檢查自己的作業。”

研究人員藉助韋伯望遠鏡，從該星系在不同波長髮出的光裡提取信息，然後利用這些信息估算年輕恆星與老年恆星的數量，進而得出對恆星質量和恆星形成率的估計

由於這個星系極爲緊湊，對星系的單個圖像進行了“正向建模”，以此來考慮儀器效應。

通過運用包含氣體發射和塵埃吸收相關規定的恆星族羣建模方法，研究人員發現核心存在較老的恆星，而其周圍的盤狀部分正在經歷極爲活躍的恆星形成過程。

這個星系位於郊區的恆星質量大約每 1000 萬年便會翻倍，這速度相當快：銀河系的質量每 100 億年才翻倍一次。

星系核心的密度以及較高的恆星形成率表明，這個年輕的星系富含形成新恆星所需要的氣體，這或許反映了早期宇宙的不同狀況。

“當然啦，這僅僅是一個星系，所以我們得知道當時其他星系在幹啥，”塔切拉說道。