天文学家已经开始利用詹姆斯韦伯太空望远镜的数据来寻找神秘星系

当哈佛大学的罗汉·奈杜看到这个星系时，他做的第一件事就是给他的同事、瑞士日内瓦大学宇宙学教授帕斯卡尔·奥施发信息。他做的第二件事就是给女朋友打电话。

“‘你愿意成为第二个看到迄今为止最遥远星系的人吗？’”奈杜回忆起他问她。她看了看，觉得“有点失望”，他说，然后又回去看电视了。“但她已经回心转意了，”他笑着说。

我们所讨论的候选星系 GLASS-z13 在外行人看来并不起眼。只是一个红色的光斑。但正是这种不起眼的视觉效果吸引了奈杜的注意。他预计，从詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 的角度来看，这个星系存在于 135 亿年前，接近我们探测能力的极限。

上周，詹姆斯·韦伯太空望远镜的第一批数据公开后，哈佛和史密森尼天文物理中心的博士后研究员奈杜每天醒着的时候都在筛选数据，寻找迄今为止探测到的最遥远的星系。他没有睡好觉，但他的努力得到了回报。

[相关：哈勃发现一个可能紧随大爆炸而来的遥远星系]

7 月 19 日，奈杜与来自世界各地的合作者在开放获取平台 arXiv 上发布了一篇论文，供专家评审，文中描述了两个这样的候选星系。他估计其中一个星系的年龄约为 135 亿年，是迄今为止发现的最遥远的星系。这意味着 GLASS-z13 星系可能早在宇宙大爆炸 3 亿年后就已存在，而宇宙大爆炸被认为发生在 138 亿年前。因此，GLASS-z13 为天文学家提供了一个前所未有的宇宙早期视角。它已经对现有的关于最早星系的观点提出了挑战。

“我简直不敢相信自己的眼睛，”奈杜在詹姆斯韦伯太空望远镜的数据中第一次看到 GLASS-z13 时说道。他立即注意到它明亮清晰，这有点令人惊讶。“尽管宇宙如此年轻，但这些东西却经历了某种快速增长，如此迅速地变得如此明亮、如此巨大。”

奈杜谨慎地将 GLASS-z13 描述为“候选”星系，因为该团队根据第一批 JWST 数据所做的分析仍需通过后续观测进行验证。然而，就在奈杜将这项研究上传到 arXiv 的同一天，另一组研究人员独立发表了一份报告，描述了同样的星系候选者——并且将它们列为我们见过的最遥远的星系。

“如果两个独立的研究小组都发现了这一点，那就更有信心了，”英国利物浦约翰摩尔斯大学的天体物理学家伦斯克·斯密特（Renske Smit）说，她没有参与这两篇论文。不过，她说：“我认为我们需要明确的证据来证明这些星系是在宇宙早期形成的。”

斯密特表示，这一确认将来自詹姆斯·韦伯太空望远镜的后续观测，这些观测将更仔细地观察来自 GLASS-z13 的光谱。

奈杜和他的同事最初通过用几种不同的红外波长观察这片天空来确定星系候选者的距离。当光穿越时间和空间时，其波长会变长。因此，它们的光看起来更红，这就是所谓的“红移”。在我们看来，遥远的星系会比附近的类似星系更红。科学家们通过估计 GLASS-z13 发出的光可能移动了多少来估计它传播了多远。

JWST 就像一副夜视镜，其设计目的是捕捉较长红外波长中发现的微弱热信号。但这意味着望远镜也能发现古老、死亡或濒临消亡的星系。兰卡斯特大学天体物理学副教授布鲁克·西蒙斯 (Brooke Simmons) 表示，由于这些星系比年轻星系温度低，因此即使在附近时，它们也会呈现出相当红的颜色，但西蒙斯并未参与这篇新论文。但西蒙斯表示，她认为这项研究的作者已经“合理地”解释了这一点；如果该系统来自宇宙的“中年部分”，她说，“我们仍然能够用较短波长的波段看到它，但我们看不到。”

但 GLASS-z13 的红色并非奈杜给出的唯一线索，表明该星系候选体距离我们极其遥远。他还注意到其中缺少了一样东西：最蓝的光子。

奈杜解释道，在极早期宇宙中，“中性氢海洋”吸收了最深的蓝色光子，只留下了波长更红的粒子。他说，缺失的光子对应于氢吸收的光子，这表明詹姆斯·韦伯太空望远镜从 GLASS-z13 看到的光确实来自宇宙的早期部分。

奈杜和他的同事们已经开始争取时间在詹姆斯·韦伯太空望远镜上进行必要的后续观测，以确认他们的估计。下一次观测将观察来自 GLASS-z13 的光谱的特定部分。这将使他们能够更精确地测量星系候选者的红移。

GLASS-z13 的特性已经为研究宇宙早期的天体物理学家提出了新的问题。首先，它惊人的亮度和质量引起了科学家的注意。他们估计它的质量大约是太阳的 10 亿倍。

“你如何能如此迅速地将所有恒星聚集到那里？我们认为形成一个足够大、拥有足够多恒星、如此明亮的星系需要时间，”斯密特说。“因此，要么恒星可能比我们想象的更早开始形成，要么这些星系以某种方式非常非常快地形成恒星。我们还不太清楚。”

[相关：罕见的“倒置恒星”被吞噬太阳的残骸所笼罩]

奈杜表示，一些科学模型还预测，这样的星系极其罕见。“但在这里，我们发现了两个这样的星系，彼此之间的距离并不太远。”

奈杜论文中描述的另一个星系候选体是 GLASS-z11，它与地球的距离可能比 GLASS-z13 略近。它还增加了一个有趣的细节：它显示出进入螺旋盘结构的迹象。

“我们没想到盘状星系会这么早就形成，”西蒙斯说。“几亿年的时间非常短。我们中的许多人预计会有很多湍流、很多混乱，很多东西会聚集在一个质量稍大、引力稍强的区域，然后吞噬周围的一切，而不一定形成形成连贯旋转盘所需的那种有序结构。”

这项发现发生在詹姆斯韦伯太空望远镜首次观测到数据一周后，而这只是个开始。“这些并不是第一批恒星或星系，”斯密特说。“我们可以期待在未来几年内发现更多破纪录的星系。我认为我们将会看到更远、更古老的东西，它们是更接近大爆炸时期形成的恒星。”

更正（2022 年 7 月 22 日）：故事已更新，以反映 Pascal Oesch 现在就读于日内瓦大学，而不是耶鲁大学。