韦伯望远镜揭示宇宙大爆炸后8亿年的五大星系奇迹合并

德克萨斯农工大学的天文学家发现了早期宇宙中一种罕见的紧密碰撞的星系团，表明星系之间的相互作用和对周围环境的塑造，发生得比科学家们预测的要早得多。研究人员利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的观测，识别出在大爆炸后约8亿年内至少有五个星系正在进行合并过程，并且有证据表明，这次碰撞正在将重元素分配到星系之外。

在JWST之前，天文学家预计复杂的星系合并和氧气及其他恒星融合产物的广泛富集将在大爆炸后超过十亿年才会变得普遍。这一发现表明，这些过程早于模型的预测时间就已经开始了。

研究的首席作者、博士后研究员胡伟达博士，以及物理与天文学教授凯西·帕波维奇博士，在《自然天文学》上发表了他们的研究结果。

意外的星系合并在早期宇宙

在宇宙历史的早期，天文学家通常认为星系相对较小且孤立。然而，最新发现的系统——被称为“JWST的五重奏”——显示出多个星系在一个紧凑的空间区域内相互作用，并被富含氧气的气体光环包围。

胡说：“这令人瞩目的地方是，涉及如此大量星系的合并在宇宙历史的早期并未被预期，当时人们认为星系合并比较简单，通常只涉及两到三个星系。”该系统是在JWST先进深空外星系调查的数据中发现的，这是韦布望远镜进行的最深成像活动之一。

尽管这些星系相隔数万光年，但它们却占据了一个异常紧凑的空间区域，并以每年约250倍太阳质量的速度形成恒星，远高于当时典型星系的形成速度。

星系碰撞将重元素扩散到周围空间

研究人员还探测到一个扩展的光晕，将几个星系连接在一起。该气体发出由电离氧和氢产生的光。令人惊讶的结果是，这些气体的存在位于星系之外。这些元素，如氧，仅在恒星内部产生，并在碰撞过程中被从星系中移除。

团队的分析表明，这种富集主要是由于合并过程中的引力相互作用驱动的，而不仅仅是星系风的影响，这为星系碰撞在年轻宇宙中塑造其周围环境提供了直接证据。

发现挑战早期星系演化模型

Papovich指出，这一发现很重要，因为它有助于解释天文学家模型预测与韦布实际观测之间越来越大的差距。“通过显示一个复杂的、由合并驱动的系统在如此早的阶段就存在，它告诉我们关于星系如何组装——以及它们组装的速度——的理论需要更新以更好地反映现实，”Papovich说。

这一发现可能有助于解释为什么JWST已经识别出越来越多的巨大星系，这些星系在仅仅几亿年后似乎大多处于不活跃状态。如果像JWST的五重奏这样的系统快速合并，并在早期耗尽了它们的气体，它们可能会演化成后期看到的那些巨大星系。

未来的JWST观测将会研究系统内气体和星系的运动，提供更多关于早期宇宙结构形成的见解。

更多信息：Weida Hu等，红移6.7下的多星系合并中的扩展富集气体研究，《自然天文学》（2025）。 DOI: 10.1038/s41550-025-02636-1