大爆炸後神秘星系，規模小增速卻超快

天文學家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）進行了一項開創性的觀測，發現了一個大爆炸後僅 7 億年的星系，該星系呈現出一種“由內而外”的增長模式。

這個早期宇宙的星系，儘管比銀河系小一百倍，但卻顯示出令人驚訝的成熟度。其外圍區域存在一個密集的恆星核心，且有活躍的恆星形成活動。

這種現象是有記錄以來最早的由內而外星系增長的實例，這一發現唯有藉助韋伯前所未有的能力才得以實現。

就如同一個繁華的城市，有着密集的市中心和向外蔓延的郊區，這個星系的核心十分緊湊，其中大部分恆星緊密簇擁，而較新的恆星則在其外圍區域加速形成。

位於星系外圍區域的恆星形成過程表明該星系正在擴張。這些發現屬於詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的高級河外巡天（JADES）項目的一部分，爲天文學家瞭解星系在宇宙早期如何成長和演化提供了新的見解，使他們能夠探索宇宙歷史的新維度。

雖然此次觀測提供了某個時間點的快照，但由劍橋大學的一個團隊所領導的研究人員認爲，研究類似的星系可以揭示這些天體結構是如何從簡單的氣體雲演變成我們今天所觀察到的複雜星系的。

“星系在宇宙時間內如何演化的問題在天體物理學中是一個重要的問題，”來自劍橋卡文迪什實驗室的共同主要作者桑德羅·塔切拉（Sandro Tacchella）說。“在過去的一千萬年裡，對於我們所在宇宙角落的星系，我們已經擁有了很多優秀的數據，但現在有了韋伯望遠鏡，我們可以獲得數十億年前的觀測數據，探索宇宙歷史的第一個十億年，這引發了各種各樣的新問題。”

塔切拉博士把星系的成長類比成旋轉的花樣滑冰運動員：當氣體從很遠的地方被向內拉時，星系旋轉得更快，這往往會導致形成螺旋形或盤狀結構。

這個星系雖然年輕，但其核心高度密集，這讓人聯想起當今的大型橢圓星系，後者所包含的恆星數量通常是前者的 1000 倍。有趣的是，大多數恆星並非在核心形成，而是在郊區形成。這裡所觀察到的成長模式此前已被理論模型所預測，但這是科學家們首次能夠直接目睹。

藉助詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的先進技術，研究人員分析了星系在不同波長下發出的光，以估計恆星的年齡、質量和恆星形成的速率。由於星系較爲緊湊，圖像必須進行仔細建模，以考慮到儀器可能造成的失真。

通過納入恆星族羣、氣體排放和塵埃吸收的模型，他們發現較老的恆星集中在覈心，而周圍的圓盤正在積極形成新恆星。值得注意的是，這個星系在其郊區大約每 1000 萬年恆星質量就會翻倍——這個速度遠遠超過銀河系，銀河系要達到相同的質量翻倍需要 100 億年。

密集的核心和快速的恆星形成現象表明，這個星系富含爲其增長提供燃料所必需的氣體。這可能表明早期宇宙的條件與我們今天看到的明顯不同，爲這種快速的恆星形成提供了充足的資源。

儘管這一發現意義重大，塔切拉着重強調了進一步研究的必要性：“當然，這只是一個星系，所以我們需要知道當時其他星系在做什麼。所有的星系都像這個一樣嗎？我們現在正在分析來自其他星系的類似數據。通過觀察跨越宇宙時間的不同星系，我們也許能夠重建增長週期，並展示星系如何增長到今天的最終規模。”

這一發現意味着我們在瞭解早期宇宙中星系怎樣形成和演變這一方面邁出了重要的一步。

隨着更多來自詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的數據變得可用，天文學家希望能繼續揭開星系成長的奧秘，以及弄清楚塑造宇宙最早恆星和結構的力量。

該結果在《自然·天文學》雜誌上發表。