天文学家借助韦伯太空望远镜探测到宇宙早期类星体的宿主星系

天文学家借助韦伯太空望远镜探测到宇宙早期类星体的宿主星系最近发表在《自然》（Nature）杂志上的一项研究表明，黑洞的质量接近太阳质量的十亿倍，而宿主星系的质量几乎是太阳质量的一百倍，这一比例与近代宇宙中发现的情况相似。斯巴鲁望远镜和JWST的强大组合为研究遥远的宇宙铺平了一条新的道路。遥远宇宙中存在如此巨大的黑洞，给天体物理学家带来了更多的问题，而不是答案。宇宙如此年轻，这些黑洞怎么可能长得如此巨大？更令人费解的是，对本地宇宙的观测表明，超大质量黑洞的质量与它们所在的更大的星系之间存在着明显的关系。星系和黑洞的大小完全不同，那么是黑洞先出现还是星系先出现呢？这是一个宇宙尺度上的"先有鸡还是先有蛋"的问题。JWSTNIRCam3.6μm拍摄的HSCJ2236+0032图像。放大图像、类星体图像以及减去类星体光线后的宿主星系图像（从左到右）。每幅图像中都标明了以光年为单位的图像比例。图片来源：Ding,Onoue,Silverman,etal.由卡夫利宇宙物理与数学研究所（KavliIPMU）项目研究员丁旭恒和约翰-西尔弗曼教授，以及北京大学卡夫利天文与天体物理研究所（PKU-KIAA）卡夫利天体物理学研究员小野上正夫萨领导的国际研究团队，已经开始利用2021年12月发射的詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）来回答这个问题。研究宇宙早期宿主星系和黑洞之间的关系可以让科学家观察它们的形成过程，了解它们之间的关系。类星体很亮，而它们的宿主星系却很暗，这使得研究人员很难在类星体的强光下探测到星系的暗光，尤其是在很远的距离上。在JWST出现之前，哈勃太空望远镜能够探测到明亮类星体的宿主星系，当时宇宙的年龄还不到30亿年，但已经不再年轻了。美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜将其主镜完全展开，形成在太空中时的构型。图片来源：NASA/ChrisGunnJWST在红外波段的超高灵敏度和超清晰图像终于让研究人员能够将这些研究推向类星体和星系最初形成的时间。就在JWST开始正常运行几个月后，研究小组观测到了两颗类星体，分别是HSCJ2236+0032和HSCJ2255+0251，红移分别为6.40和6.34，当时宇宙的年龄大约为8.6亿年。这两颗类星体是在夏威夷毛纳凯亚山顶的8.2米苏巴鲁望远镜的深度巡天计划中发现的。这两颗类星体的光度相对较低，是测量宿主星系特性的主要目标，宿主星系的成功探测代表了迄今为止在类星体中探测到星光的最早时间。卡弗利IPMU项目研究员丁旭恒、约翰-西尔弗曼（JohnSilverman）教授和卡弗利天文学和天体物理学研究所（PKU-KIAA）卡弗利天体物理学研究员MasafusaOnoue（左起）。图片来源：卡弗里国际天文物理研究所、卡弗里国际天文物理研究所、MasafusaOnoue这两颗类星体的图像是用JWST的NIRCam仪器以3.56和1.50微米的红外波长拍摄的，在仔细建模并减去来自吸积黑洞的眩光后，宿主星系变得清晰可见。在JWST的近红外光谱仪为J2236+0032拍摄的光谱中也可以看到宿主星系的恒星特征，这进一步支持了宿主星系的探测。对宿主星系光度的分析发现，这两个类星体宿主星系的质量很大，分别是太阳质量的1300亿倍和340亿倍。通过近红外光谱仪光谱对类星体附近湍流气体速度的测量表明，为类星体提供能量的黑洞质量也很大，分别是太阳质量的14亿倍和2亿倍。黑洞质量与宿主星系质量之比类似于近期星系的质量，这表明黑洞与其宿主星系之间的关系在宇宙大爆炸后8.6亿年就已经存在了。丁、西尔弗曼、奥努埃和他们的同事将利用计划中的第一周期JWST观测，用更大的样本继续这项研究，这将进一步制约黑洞及其宿主星系共同演化的模型。研究小组最近得知，他们已经获得了JWST在下一个周期的额外时间来研究黑洞及其宿主星系。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381743.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381743.htm

詹姆斯·韦伯望远镜刚刚发现了两个来自宇宙早期的异常明亮的星系

詹姆斯·韦伯望远镜刚刚发现了两个来自宇宙早期的异常明亮的星系被确认的最遥远的星系被称为GLASS-z12，被认为是大爆炸后3.5亿年的产物。这些星系是在JWST的两个计划中发现的，即GLASS-JWST早期发布科学计划（来自太空的光栅放大测量）和宇宙进化早期发布科学调查（CEERS）。来自这些调查的数据确定了具有高红移的星系，这意味着由于宇宙的膨胀，来自它们的光被转移到光谱的红端。红移越大，光线在到达我们面前时已经走得越远，因此星系越老。红移越大，光线在到达我们之前已经走得越远。为了识别最古老的星系，研究人员首先观察JWST拍摄的图像，并根据其颜色选择感兴趣的星系。他们寻找那些没有出现在可见光波段但却出现在JWST红外范围内的星系。这意味着一个星系被红移了很多，以至于它的光已经移出了可见光范围，使它有可能成为一个非常早期的星系。挑战在于，还有其他原因导致一个星系可能不会出现在可见光图像中。例如，光学光线可能被灰尘阻挡，或者一个星系可能只是异常的红色。为了确认一个特定的星系真的非常古老，我们需要更多光谱学形式的数据。CEERS的共同研究者JeyhanKartaltepe说："获得光源的光谱，当我们看到来自不同元素的发射线时，它真的告诉我们我们在看什么。因此，这是我们需要遵循的金标准。"最近宣布的两个星系还没有得到光谱测量的确认，但是最遥远的星系已经被ALMA（阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列）的数据初步确认。随着校准的完善，研究人员对JWST早期数据的准确性进行了一些检讨。一些非常早期的结果公布了红移高达13的星系，但是这个数字现在已经随着更精确的校准被细化为12.5。这是因为最早的数据是基于在地面上进行的校准，而最近的数据反映了10月份望远镜在太空中时进行的校准。校准JWST的仪器是一个漫长的过程，随着时间的推移，读数将变得更加精确。除了证实这些发现之外，收集这些目标的光谱学数据将使人们更深入地了解早期星系的内容。"这就像使用一个棱镜，我们能够看到不同原子元素的指纹，这些元素在星系的光谱中具有不同的颜色，"GLASS-JWST的共同研究者AlainaHenry解释说。"因此，我们得到了关于星系内容、它们形成恒星的速度以及气体运动的更详细的信息。"就目前而言，这些早期星系的极端亮度正在使天文学家们重新思考他们对最早的恒星的假设。虽然非常明亮的星系通常质量非常大，但可能这些早期明亮的星系并没有那么大的质量--它们只是充满了III类恒星。III类恒星仍然是假设性的，但这个想法是，它们是最早的恒星之一，其成分与我们今天看到的恒星不同。这开启了一个关于恒星的性质以及它们如何形成的课题，以及在非常早期形成的恒星的类型。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333159.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333159.htm

韦伯太空望远镜观察到以“宇宙火球”形态存在的早期星系

韦伯太空望远镜观察到以“宇宙火球”形态存在的早期星系该研究的主要作者、加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授TommasoTreu说："我们看到星系以一种令人激动的速度形成新的恒星。韦伯令人难以置信的分辨率使我们能够以前所未有的细节研究这些星系，我们看到所有这些恒星的形成都发生在这些星系的区域内。"特鲁指导着GLASS-JWST早期发布科学计划，该计划的第一个结果是该特刊的主题。这期杂志中另一项由加州大学洛杉矶分校领导的研究发现，在大爆炸后不久--不到10亿年内--形成的星系可能已经开始燃烧剩余的吸收光子的氢，为黑暗的宇宙带来光明。图为GuidoRoberts-Borsani"即使是我们最好的望远镜也确实难以确认如此遥远的星系的距离，所以我们不知道它们是否使宇宙变得透明，"领导这项研究的加州大学洛杉矶分校博士后研究员GuidoRoberts-Borsani说。"韦伯正在向我们展示，它不仅可以做这项工作，而且可以以惊人的速度完成。它是一个游戏规则的改变者。"这些发现是加州大学洛杉矶分校天体物理学家的许多令人惊叹的发现中的两个，他们是第一批通过韦伯新近打开的一扇窗户窥视过去的人。韦伯是目前人类在太空中设置的最大的近红外望远镜，其卓越的分辨率提供了一个无与伦比的视角，可以看到如此遥远的天体，其光线需要数十亿年才能到达地球。尽管这些天体现在已经老化，但只有它们最早的时候发出的光才有足够的时间穿越宇宙，最终出现在韦伯的探测仪上。因此，韦伯不仅起到了某种时间机器的作用--将科学家们带回到宇宙大爆炸后不久的时期--而且它所产生的图像已经成为一个家庭相册，其中有婴儿星系和星星的快照。图为TommasoTreuGLASS-JWST是美国宇航局在2017年选择的13个早期发布科学项目之一，以快速产生可公开访问的数据集，并展示和测试韦伯号上仪器的能力。该项目旨在了解第一批星系的光线是如何以及何时烧穿大爆炸留下的氢雾的--这一现象和时间段被称为"重化纪元"--以及气体和重元素如何在宇宙时间内分布在星系内部和周围。两位天文学家合作利用韦伯的三个创新的近红外仪器对早期宇宙中的遥远星系进行详细测量。离子化纪元是一个科学家们仍然不甚了解的时期。直到现在，研究人员还没有观测当时存在的星系所需的极其敏感的红外仪器。在宇宙再电离化之前，早期宇宙仍然没有光，因为来自早期恒星的紫外线光子被饱和空间的氢原子所吸收。科学家们认为，在宇宙最初的十亿年中的某个时候，由第一批星系和可能由第一批黑洞发出的辐射导致氢原子失去电子，或被电离，防止光子"粘"在它们身上，并为光子穿越空间清除了一条通道。随着星系开始电离出越来越大的气泡，宇宙变得透明，光线自由传播，就像今天一样，让我们每晚都能看到星星和星系的辉煌天幕。Roberts-Borsani发现星系的形成比以前认为的要快要早，这可以证实它们是宇宙再电离的罪魁祸首。这项研究还证实了已知的最远的两个星系的距离，使用一种新技术使天文学家能够探测宇宙再电离的开始。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336367.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336367.htm

詹姆斯·韦伯太空望远镜首次揭示出在早期星系附近隐藏的伴星系

詹姆斯·韦伯太空望远镜首次揭示出在早期星系附近隐藏的伴星系研究人员能够确定，这两个星系与地球的距离大致相同，并且处于同一邻域，这表明它们可能会相互作用并可能合并。这些星系的成熟金属性使科学家们推测，恒星的形成一定是非常有效的，并且在宇宙中很早就开始了。在扫描美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）拍摄的一个著名的早期星系的首批图像时，康奈尔大学的天文学家们很感兴趣地看到了靠近其外缘的一个光团。他们最初的关注点以及红外观测站的目标是SPT0418-47，这是早期宇宙中最明亮的尘埃、恒星形成的星系之一，其远处的光线被一个前景星系的引力弯曲并放大成一个圆，称为爱因斯坦环。但是，对去年秋天发布的早期JWST数据的深入研究产生了一个偶然的发现：一个以前隐藏在前景星系光线后面的伴生星系，尽管它的年龄很小，估计为14亿年，但令人惊讶的是，它似乎已经承载了多代恒星。詹姆斯-韦伯太空望远镜的艺术画。来源：美国国家航空航天局康奈尔大学天体物理学和行星科学中心（CCAPS）的副研究员、论文第二作者AmitVishwas博士说，智利阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）拍摄的同一爱因斯坦环的早期图像含有被JSWT清晰解析的伴星的暗示，但它们不能被解释为除了随机噪音以外的东西。通过调查JWST的NIRSpec仪器所拍摄的图像中每个像素的光谱数据，研究人员Peng发现了环内的第二个新光源。他确定这两个新的光源是一个新星系的图像，它被负责创造环的同一个前景星系所引力，尽管它们的亮度要低8到16倍--这证明了JWST红外视觉的强大。对光的化学成分的进一步分析证实，来自氢、氮和硫原子的强发射线显示了类似的红移--这是衡量一个星系的光在越来越远的情况下延伸到更长、更红的波长的一个标准。这使得这两个星系与地球的距离大致相同--计算出的红移约为4.2，或约为宇宙年龄的10%--并且处于同一附近。为了验证他们的发现，研究人员回到了早期的ALMA观测。他们发现一条电离碳的发射线与JWST观测到的红移密切相关。Vishwas说："我们有几条发射线的移位完全相同，所以毫无疑问，这个新星系就是我们认为的地方。"研究小组估计，这个被他们命名为SPT0418-SE的伴生星系在环的50千秒差距(Parszek)以内（秒差距是一个宇宙距离尺度，用以测量太阳系以外天体的长度单位。1秒差距约为3.26光年、206,000天文单位或31兆公里），这种级别的接近表明，这些星系必然会相互影响，甚至可能合并，这种观察增加了人们对早期星系如何演变为更大星系的理解。作为早期宇宙中的星系，这两个星系的质量并不高，其中"SE"相对较小，尘埃较少，这使得它看起来比极度被尘埃遮挡的环更蓝。根据附近具有类似颜色的星系的图像，研究人员认为它们可能居住在"一个具有尚未被发现的邻居的大规模暗物质晕中"。考虑到这些星系的年龄和质量，最令人惊讶的是它们的成熟金属性--比氦和氢更重的元素的数量，如碳、氧和氮--该小组估计与我们的太阳相似。与太阳相比，它大约有40亿年的历史，并且从前几代恒星那里继承了大部分金属，这些恒星大约有80亿年的时间来建立它们，我们是在宇宙不到15亿年的时候观察这些星系。研究人员已经提交了一份关于JWST观测时间的提案，以继续研究该星环及其伴星，并调和光学和远红外光谱之间观察到的潜在差异。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355239.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355239.htm

韦布望远镜观测到最古老“死亡”星系 JADES-GS-z7-01-QU

韦布望远镜观测到最古老“死亡”星系JADES-GS-z7-01-QUGOODS南区一小部分区域的JWST假彩色图像，突出显示了JADES-GS-z7-01-QU星系图源：JADES协作小组这幅GOODS-South星场的合成图像是利用构成欧洲南方天文台（ESO）甚大望远镜（VLT）的四台8.2米巨型望远镜中的两台望远镜和一个独特的定制滤光片进行深度观测的结果，它显示了一些有史以来最暗淡的星系。这是使用两台8.2米望远镜进行的深度观测的一部分。后来，JWST将这一区域的一小部分归零。(图片来源：ESO/MHayes）短暂一生这个星系代号JADES-GS-z7-01-QU，它在宇宙大爆炸发生大约7亿年后形成，有大约1亿至10亿颗恒星，属于较小星系。星系中的恒星形成过程只持续了3000万年到9000万年就戛然而止。主持研究的英国剑桥大学卡弗里宇宙学研究所天体物理学家托比亚斯·洛塞说，这个星系似乎“轰轰烈烈地”活过一场，但很快不再有新的恒星形成，星系就此“死去”。参与研究的天体物理学家弗朗西斯科·德欧金尼奥说，质量最大的恒星最炽热、最耀眼，“生命最短暂”。“随着最炽热的恒星死去，星系颜色从蓝色，即最炽热恒星的颜色，变成黄色，再变成红色，即质量最小的恒星的颜色。”质量和太阳差不多的恒星可以活大约100亿年，而质量小得多的恒星能活上万亿年。那些较小的恒星在星系“死去”很久后仍会继续发光。“饿死”的？研究人员尚不清楚JADES-GS-z7-01-QU为何“英年早逝”，正试图找出原因。他们推测其中一个原因可能是星系中央一个超大黑洞把新恒星形成所需要的气体推出星系，导致无法形成新的恒星。还可能是因为恒星形成过程中迅速消耗掉星系中气体，但星系周围没有新的气体补充进来，导致星系“饿死”。研究人员说，由于这个星系距地球非常遥远，因此韦布望远镜观测到的是星系“过去”的情况，不排除星系在获得新的气体后又有新的恒星诞生，令星系“死而复生”。德欧金尼奥说：“我们不知道这个星系的最终命运，这可能取决于是什么机制使恒星停止诞生。”研究人员说，对这一星系的研究或能进一步揭示宇宙形成早期时的景象以及影响恒星形成的因素。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422922.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422922.htm

小而强大：詹姆斯-韦伯望远镜揭开了早期宇宙中产生恒星的秘密

小而强大：詹姆斯-韦伯望远镜揭开了早期宇宙中产生恒星的秘密一个由明尼苏达大学双城分校领导的团队将目光投向了130多亿年前，发现了一个独特的、微不足道的星系，它可以帮助天文学家更多地了解大爆炸后不久出现的星系。资料来源：ESA/Webb,NASA&CSA,P.Kelly这个星系是迄今为止在这个距离上发现的最小的星系之一--在宇宙大爆炸后大约5亿年--并且可以帮助天文学家更多地了解在宇宙诞生后不久就存在的星系。这篇论文发表在《科学》杂志上，这是世界顶级的同行评审学术期刊之一。明尼苏达大学的研究人员是第一批使用詹姆斯-韦伯太空望远镜研究一个遥远的星系的团队之一，他们的发现将是有史以来第一批发表的发现之一。论文的资深作者、明尼苏达大学物理和天文学学院的助理教授帕特里克-凯利说："这个星系远远超出了除詹姆斯-韦伯以外的所有望远镜的范围，这些对遥远星系的首次观测非常壮观。在这里，我们能够看到回到大爆炸的大部分时间，而且我们从来没有在宇宙如此年轻的时候以如此详细的水平观察过星系。这个星系的体积大约是银河系的百万分之一，但我们可以看到它每年仍在形成相同数量的恒星。"詹姆斯-韦伯望远镜可以观察到足够宽的领域，可以一次对整个星系团进行成像。研究人员之所以能够发现并研究这个新的、微小的星系，是因为一种叫做引力透镜的现象--在这种现象中，质量，比如星系或星系团中的质量，会弯曲并放大光线。一个星系团的透镜使这个小背景星系看起来比它在星系团不放大其光线的情况下要亮20倍。研究人员随后使用光谱学来测量这个星系有多远，此外还有它的一些物理和化学特性。研究宇宙如此年轻时存在的星系可以帮助科学家们更接近于回答天文学中关于宇宙如何重新概念化的一个巨大问题。该论文的第一作者、明尼苏达天体物理研究所的博士生海莉-威廉姆斯解释说："宇宙处于萌芽状态时存在的星系与我们现在在附近的宇宙中看到的星系非常不同。这一发现可以帮助我们更多地了解那些最早的星系的特征，它们与附近的星系有什么不同，以及早期的星系是如何形成的。"詹姆斯-韦伯望远镜可以收集到约10倍于哈勃太空望远镜的光线，并且在红外线光谱中更红、更长的波长上更为敏感。研究人员说，这使科学家能够获得一个全新的数据窗口。"詹姆斯-韦伯太空望远镜有这种惊人的能力，可以看到极远的宇宙，"威廉姆斯说。"这是本文中最令人激动的事情之一。我们看到的东西是以前的望远镜所能捕捉到的。它基本上得到了我们的宇宙在其生命的最初5亿年里的一个快照。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355023.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355023.htm