韦伯望远镜拍到宇宙初期七个原始星系团

韦伯太空望远镜拍摄到的红外光谱图像中可以看到宇宙形成初期的七个原始星系团。[NASA, ESA, CSA, Takahiro Morishita （IPAC）, Alyssa Pagan （STScI）]

即使是最高的树、最大的蓝鲸，甚至闪闪发光的巨大恒星都曾经是婴儿。原始恒星（protostar）是炽热的能量核心，有朝一日会变成恒星和星系。宇宙历史上的初创时期，即数十亿颗恒星和星系在大爆炸后形成和聚集的时期，至今仍超出人类的理解。而韦伯太空望远镜的最新数据让我们对宇宙如何演化至今这个问题又有了进一步理解。

现在，美国宇航局（NASA）的詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）确认了一个含有七个星系的原始星系团（protocluster）的距离，这个星团是于大爆炸后仅6.5亿年时形成的。天文学家称这个距离为“红移 7.9”。该发现于4月24日发表于《天体物理学快讯》期刊（Astrophysical Journal Letters）。

根据收集到的数据，一组天文学家计算了这个新生星团的未来发展。其大小和质量很可能会增长到如“后发座星系团”（Coma Cluster）那样，它是我们目前宇宙中所含星体最密集的星系之一。

“这是一个非常特殊的加速星系演化的独特场所，韦伯让我们拥有了前所未有的能力来测量这七个星系各自的运行速度，并确认它们合体构成一个原始星系团，”研究第一作者、天文学家森下隆宏 （Takahiro Morishita，音译）在一份声明中说。

韦伯望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）捕获了关键测量值，以确认七个星系的整体距离，和它们在一团暗物质包裹中运动的速度，即它们正以每秒超过600英里的速度穿越太空。

掌握了这些光谱数据后，天文学家就可以模拟和绘制这个原始星团的未来发展蓝图。如果它确实按照预测而演化并最终变成类似于“后发座星系团”，那它最终可能成为已知最密集的星系团之一。

“我们可以看到这些遥远的星系就像不同河流中的小水滴，最终将汇聚成一条大河，”合著者、意大利国家天体物理研究所的天文学家本尼迪特‧弗卡尼 （Benedetta Vulcani）在一份声明中这么说。

据NASA称，星系团是已知宇宙中质量最集中的地方，它们可以极大地扭曲时空本身的结构。这种扭曲称为引力透镜，可以对位于星系团之外的物体产生放大效果。这让天文学家可以透过星系团进行观察，就好像它是一个巨大的宇宙放大镜一样，研究中，科学家能够利用这种放大效应并通过潘多拉星系团（Pandora’s Cluster）来观测研究对象的原始星系团。

探索像潘多拉星系团这样的大星团是如何聚集的一直很困难，因为宇宙的膨胀会将光从比可见光更短的波段拉长至红外波段。韦伯望远镜精密的红外仪器就是为填补针对这些宇宙早期的研究空白而开发的。

团队预计，未来韦伯望远镜与罗曼太空望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）合作将在早期星系团研究上获得更多成果，NASA的罗曼望远镜具有高分辨率及宽视场。罗曼望远镜能够识别出更多的原始星系团候选对象，而韦伯可以通过其光谱仪器跟进以确认这些发现。目前，罗曼望远镜定于2027年5月发射。

“现在有了韦伯，我们可以进行梦想中的科学探索了，”合著者、加州大学洛杉矶分校的天文学家托马索·特鲁（Tommaso Treu ）在一份声明中说。“有了这个由七个星系组成的小型原始星系团，在这么遥远的距离，我们的光谱确认率却达到了100%，这展示出未来绘制暗物质图和填写宇宙早期发展时间表的潜力。”