詹姆斯·韦伯揭示已知最遥远的螺旋星系“烛龙”的样貌

天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了烛龙星系，这是已知最遥远的螺旋星系，它存在于大爆炸后仅十亿年。出乎意料的是，烛龙星系已经呈现出成熟的、类似银河系的结构，这表明旋臂和有序的星系形态的出现时间远早于此前的认知。

烛龙星系（Zhúlóng）的图像，这是迄今为止发现的最遥远的螺旋星系。它拥有清晰可见的旋臂、中央老核球和一个巨大的恒星形成盘，其结构与银河系相似。该星系是在全景巡天（PANORAMIC Survey）项目下发现的——这是一项利用詹姆斯·韦伯太空望远镜进行的广域成像巡天。图片来源：NOIRLab/NSF/AURA/NASA/CSA/ESA/M. Xiao（日内瓦大学）/G. Brammer（尼尔斯·玻尔研究所）/D. de Martin 和 M. Zamani（NSF NOIRLab）

这项开创性的全景巡天（PANORAMIC）的发现不仅暗示着宇宙演化速度的加快，也为在早期宇宙中发现更多意想不到的星系宝藏打开了大门。

由美国国家科学基金会（NSF） NOIRLab天文学家克里斯蒂娜·威廉姆斯领导的国际团队发现了迄今为止观测到的最遥远的螺旋星系。这个巨大的星系被命名为“烛龙”，取自中国神话中的章尾山之神，人面蛇身，浑身红色，眼睛竖着长。

“烛龙”形成于宇宙大爆炸后仅10亿年。尽管在宇宙历史上出现较早，但已展现出令人惊讶的成熟、有序的结构。这一发现是在“全景巡天”（PANORAMIC Survey）项目期间发现的，该项目是一项雄心勃勃的项目，利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）进行。

像我们银河系这样的螺旋星系在现代宇宙中很常见。然而，天文学家发现它们在早期宇宙中极为罕见，这与认为大型有序盘状结构和旋臂需要数十亿年才能完全形成的理论相符。这使得烛龙星系成为一个非凡的发现：它不仅是迄今为止探测到的最古老的螺旋星系，也是最早的已知螺旋星系。

这张“烛龙”星系的图像是迄今为止发现的最遥远的螺旋星系，展现了其清晰可见的旋臂、中央的古老核球以及一个巨大的恒星形成盘，其结构与银河系相似。该星系是在全景巡天（PANORAMIC Survey）项目下发现的——这是一项由詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）进行的广域成像巡天。图片来源：NOIRLab/NSF/AURA/NASA/CSA/ESA/M. Xiao（日内瓦大学）/G. Brammer（尼尔斯·玻尔研究所）/D. de Martin & M. Zamani（NSF NOIRLab）

“烛龙”的发现源于“全景巡天”（PANORAMIC）项目，该项目是一项广域成像项目，旨在补充即将进行的大规模巡天。该巡天项目由日内瓦大学（UNIGE）的克里斯蒂娜·威廉姆斯（Christina Williams）和帕斯卡尔·厄施（Pascal Oesch）共同领导，观测数据由詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）收集。

这项研究的目的是利用 JWST 建立一个广域成像调查，以补充未来基于 NOIRLab 的广域调查，例如即将进行的空间和时间遗产调查 (LSST)，该调查将使用 NSF-DOE Vera C. Rubin 天文台进行。

在这幅图像的中心，隐约可见稠密的星系场，是迄今为止发现的最遥远的螺旋星系——烛龙星系。它拥有清晰可见的旋臂、中央的古老核球和一个巨大的恒星形成盘，与银河系的结构相似。该星系是在全景巡天（PANORAMIC Survey）——一项由詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）进行的广域成像巡天——中发现的。图片来源：NOIRLab/NSF/AURA/NASA/CSA/ESA/M. Xiao（日内瓦大学）/G. Brammer（尼尔斯·玻尔研究所）/D. de Martin & M. Zamani（NSF NOIRLab）

“广域巡天对于发现稀有的大质量星系至关重要，”发表该研究成果的论文合著者威廉姆斯说道。“我们希望在宇宙早期发现大质量、明亮的星系，以了解大质量星系是如何形成和演化的，这有助于解读它们演化的后期阶段，这些阶段将由LSST进行观测。”

烛龙星系拥有令人惊讶的成熟结构，这在通常呈块状且不规则的遥远星系中独树一帜。它与邻近宇宙中的星系相似，质量和大小也与银河系相似。其结构显示，中心有一个紧凑的凸起，其中充满了年老的恒星，周围环绕着一大片由年轻恒星组成的盘状结构，这些恒星聚集在螺旋臂中。

这一发现在多个方面都令人惊喜。首先，它表明，类似于我们邻近星系的成熟星系在宇宙中形成的时间可能比此前认为的要早得多。其次，长期以来，人们一直认为星系中的旋臂需要数十亿年才能形成，但这个星系表明，旋臂也可以在更短的时间尺度上形成。在宇宙的早期阶段，天文学家们还没有发现过像烛龙星系这样的星系。

“这个星系与我们的银河系类似，是一个宏伟的螺旋星系，这真是令人兴奋，”威廉姆斯说。“人们普遍认为，这种结构在星系中形成需要数十亿年，但烛龙星系表明，这也可能在短短十亿年内发生。”

像这样的星系数量稀少，表明在宇宙的这个时期，螺旋结构可能寿命很短。星系合并或其他在早期宇宙中更常见的演化过程可能会摧毁旋臂。因此，螺旋结构在宇宙后期可能会更加稳定，这也是它们在我们附近更常见的原因。

PANORAMIC巡天的创新之处在于，它是詹姆斯·韦伯太空望远镜首批采用“纯平行模式”的项目之一。这是一种高效的观测策略，在詹姆斯·韦伯太空望远镜的主相机指向其他方向时，第二个相机负责收集额外的图像。“作为首批在新型望远镜上使用新观测模式的科学家之一，这绝对是一次冒险，”威廉姆斯说道。

未来詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）和阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）的观测将有助于确认烛龙星系的性质，并揭示更多有关其形成历史的信息。随着新的广域河外星系巡天的持续进行，天文学家有望发现更多类似的星系，从而为塑造早期宇宙的复杂过程提供新的见解。

编译自/ScitechDaily