我们的宇宙在年轻时就掌握了形成星系的艺术

不幸的是，宇宙的寿命如此之长，我们无法仅仅等待并观察会发生什么来了解它是如何运作的。这是一场电影马拉松，在我们物种出现之前数十亿年就开始了，并且很可能在我们之后还会继续。但如果有录音，我们可以倒带，那会怎样？

天文学家正在利用著名的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 进行这项工作，利用这个庞大的飞行天文台回顾宇宙的历史，寻找早期星系。结果，天文学家发现了数百个 110 亿至 130 亿年前的星系，这些星系也呈现出各种形状：盘状、凸起、团块、块状等等。根据最近在美国天文学会会议上公布的新研究，这些恒星群在宇宙时间轴上出现的时间比之前认为的要早，该研究即将发表在《天体物理学杂志》上。

“能够首次如此清晰地看到这些遥远星系的结构真是太神奇了，”罗彻斯特理工学院天文学家、新研究报告的主要作者杰汉·卡塔尔特佩 (Jeyhan Kartaltepe) 表示。“它们一点也不无聊。”

为了估算星系的年龄，卡塔尔特佩和她的团队采用了天文学中一种成熟的方法。由于光速有限，太空中距离我们较远的星系在宇宙历史中的历史也更久远。此外，考虑到宇宙正在膨胀，距离我们较远的星系看起来比距离我们较近的星系更红，因为它们的光线在穿过巨大的、不断拉长的宇宙距离到达我们的望远镜时被拉伸了。这为天文学家提供了一种简单的方法来标记宇宙中某种东西的存在时间，即红移。

但这也意味着红移较高的目标实际上会呈现红色，甚至主要在红外线下发光。因此，数十亿年前看起来是亮蓝色的星系在我们的相机下可能在红外光下显得明亮。这是詹姆斯·韦伯太空望远镜的明显优势——因为它在红外线下观察宇宙，所以它可以发现这些遥远的红色星系。这架望远镜也比过去的太空工具更大，在望远镜的世界里，越大越好。

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天文学家利用哈勃太空望远镜（可观测可见光和近红外光）的先前数据，已经知道 110 亿年前我们的宇宙中存在有趣而多样的星系。然而，要找出这些螺旋状星系和圆形凸起（如我们银河系中的星系）最早形成的时间，研究人员需要将时间倒回更远一点。

“我们不知道早期宇宙中发生了什么，导致圆盘和凸起的形成，也不知道它何时发生、何地发生以及如何发生——在詹姆斯·韦伯太空望远镜发现之前，我们无法找到答案，”墨尔本大学天文学家本吉·梅塔 (Benji Metha) 说道，他是一位未参与这项新发现的研究员。“我们可以像化石记录一样利用这些 [星系] 观测数据，追溯过去，看看在宇宙仍在形成时这些星系中存在哪些特征。”

研究团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜收集了 850 个星系的图像，并将它们归类为典型的星系形状：盘状（类似我们自己的螺旋星系）、团块状、不规则星系或三者的某种组合。所有数据均由天文学家手工分析，仔细筛选每个文件。“这篇论文让我喜欢的一点是它非常人性化，”梅塔说。他解释了一个世纪前美国天文学家埃德温·哈勃如何利用加利福尼亚州的威尔逊山天文台对不同类型的附近星系进行分类，从而创建了当今大多数天文学家使用的分类系统。“从本质上讲，这篇论文使用的方法与哈勃完全相同：看一些图片，写下你所看到的内容，”梅塔补充道。

这个国际研究小组发现了许多圆盘，它们可能是银河系等星系的前身。他们还发现了许多不规则结构，这是两个星系引力场过于接近并相互推挤对方恒星甚至完全合并的迹象。

德克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家奥利维亚·库珀说：“我们看到了宇宙大爆炸后不到 10 亿年内的各种结构。”她说，这些新图像“展示了我们能够利用詹姆斯·韦伯太空望远镜做什么，并暗示宇宙中星系的演化时间比我们想象的要早。”

宇宙还很年轻时就存在如此多样的星系，这一事实令人费解，天文学家们肯定会忙个不停，因为他们要建立更好的模型来了解这些宇宙实体是如何形成和成长的。这项研究还表明，为了看到第一批星系，专家们需要不断倒带，并突破詹姆斯·韦伯太空望远镜能够窥视宇宙过去多远的界限。