韦伯空间望远镜揭示宇宙的“混沌童年”

天文学家近日借助詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST），首次深入观测宇宙大爆炸仅几亿年后星系的形成过程，发现这些早期星系远较现今的星系杂乱无章。与规则的螺旋星系不同，早期宇宙中的星系充满气体，结构极为混乱，频繁受到恒星爆发和碰撞的剧烈扰动。

这项研究不仅填补了宇宙早期发光阶段与恒星形成高峰之间的空白，也揭示了星系如何从无序逐步演化为稳定结构。

由剑桥大学科学家领衔的团队对250多个宇宙早期星系进行观察，这些星系存在于宇宙诞生后8亿至15亿年间。研究显示，多数早期星系内部气体运动极为湍急，整体表现为物质分布不均、结构零散，与当前常见的旋转盘状星系迥异。

相关成果发表于《皇家天文学会月刊》，显示星系随着宇宙年龄增长逐步变得平稳和有序。在宇宙早期，强烈的恒星形成和引力扰动造成剧烈湍动，阻碍星系形成规则结构。论文第一作者、剑桥大学科维利宇宙学研究所Lola Danhaive表示：“这是我们首次能系统性地观察早期星系群体，发现它们有着显著差异。有些星系已开始展现有序旋转，但更多仍处于混乱状态，内部气体朝各个方向运动。”

团队最终通过韦伯空间望远镜的“光谱棱镜模式”，捕捉到遥远星系电离氢气体发出的微弱光线，并开发专门软件结合望远镜其他成像数据，绘制并分析每个星系内气体的运动轨迹。论文合著者、剑桥大学Sandro Tacchella博士指出：“之前对寥寥几例大质量星系盘的早期形成有个别观测，但与理论预测不符。我们的研究发现，大部分早期恒星质量较低的星系都极为动荡、不稳定，主要通过合并和恒星爆发成长。”

Danhaive补充：“本研究有助填补电离纪与‘宇宙正午’——即恒星形成高峰期之间的认识鸿沟，揭示星系的基本构成单位如何从混乱团块逐步过渡为有序结构，最终孕育出银河系等成熟星系。”

团队表示，韦伯空间望远镜的强大观测能力将进一步推进对宇宙早期星系动力学的研究。未来还可结合冷气体与尘埃等观测，构建星系演化更全面的“拼图”。Tacchella最后表示：“这仅是开始，随着数据积累，我们将能进一步追踪这些动荡系统如何成长并最终变为今天优雅的螺旋星系。”

该研究由英国皇家学会、欧盟和英国科学技术设施委员会（STFC）等资助，相关数据收录于JWST高级深空星系巡天（JADES）项目。

编译自/ScitechDaily