发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　一项新研究宣称，詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了迄今观测到的四个最遥远的星系，其中一个在宇宙大霹雳后仅3.2亿年就形成，当时宇宙还处于婴儿时期。

图说：有史以来观测到的四个最遥远的星系（Robertson等人，Nature Astronomy，2023年）。

　　自从去年投入使用以来，韦伯太空望远镜已经带来了大量的科学发现，由于可以更深入观察宇宙的遥远区域。当来自最遥远星系的光到达地球时，它的波长已经被宇宙的膨胀拉伸，并转移到光谱的红外光区域。韦伯太空望远镜的NIRCam仪器具有前所未有的探测红外光的能力，使其能够快速发现从未见过的星系，其中一些可能会重塑天文学家对早期宇宙的理解。

　　在《自然·天文学》期刊上发表的两项研究中，天文学家已经明确探测到有史以来最遥远的四个星系。这些星系可以追溯到130亿年前宇宙大霹雳后的3亿到5亿年之间，当时宇宙的年龄仅为目前年龄的2%。意味着这些星系来自所谓的「再电离时期」（the epoch of reionization），据信这是第一批恒星出现的时期，这个时期是紧接在宇宙大霹雳后的宇宙黑暗时期。

　　巴黎天体物理研究所的研究员也是这两项新研究的共同作者Stephane Charlot指出，最遥远的星系（jade-gs-z13-0）在宇宙大霹雳后3.2亿年形成，这是天文学家观测到的最远距离。此外，还证实了jade-gs-z10-0的存在，可以追溯到宇宙大霹雳后的4.5亿年，此星系之前也曾被哈勃太空望远镜发现。这四个星系的质量都非常低，大约只有1亿个太阳质量。相较之下，银河系的质量约是太阳的1.5兆倍。他补充说，这些星系金属含量非常低。这和宇宙学的标准模型是一致的，该模型认为离宇宙大霹雳越近，金属所能形成的时间就越短。（编译/台北天文馆吴典谚）

资料来源：Science Alert

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　由爱丁堡大学所领导的研究团队使用韦伯太空望远镜在250亿光年外发现了一个巨大、稠密的星系。这个名为GS-9209的星系形成于大爆炸后的6~8亿年，是迄今为止发现最早的静谧星系（quiescent galaxy）。

图说：韦伯太空望远镜所拍摄的GS-9209。图片来源：Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06158-6

　　GS-9209最初由爱丁堡大学博士生于2004年所发现，它虽然比银河系小10倍左右，但它所拥有的恒星数量却与银河系相当。其总质量约是太阳的400亿倍，并且是在GS-9209恒星停止形成之前迅速形成。GS-9209是目前已知最早不再形成恒星的星系，称之为静谧星系。当研究团队在大爆炸后12.5亿年观察到它时，该星系已经约有50亿年没有新恒星形成了。经分析显示GS-9209的中心有一个超大质量黑洞，而这个黑洞比拥有同样恒星数量的星系所预期的黑洞还要大上5倍。这个发现可以解释为什么GS-9209停止形成新的恒星，因为超大质量黑洞的成长会释出大量的高能辐射，这些辐射会升温并将气体推出星系，而这可能就是导致GS-9209中的恒星形成停止的原因，因为新生恒星形成于当星系内部的尘埃云和气体粒子在自身重力作用下坍塌并升温时。

　　韦伯太空望远镜已经证明在宇宙史的第一个十亿年里，星系比我们想像的更早、更大，这项工作让我们第一次真正了解这些早期星系的特性，并详细描绘GS-9209的历史。它在大爆炸后短短的8亿年内，就形成了与我们银河系一样多的恒星，并且在这个星系中还看到了一个非常大的黑洞，这是一个大惊喜，因为它为早期星系中恒星停止形成提供了支持的论点。相关研究成果发表于《Nature》期刊上。（编译/台北天文馆赵瑞青）

资料来源：Phys.org

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　3C 297距离我们约92亿光年，位于室女座，它拥有一个类星体、活跃星系核，还有一个超大质量黑洞在星系中心吸入气体并发出强大的物质喷流，以上环境显示3C 297具有星系团的主要特征，这些巨大的结构通常包含数百甚至数千个星系，但这个星系却是孤立的。即我们预计至少会看到十几个与银河系大小差不多的星系，但只看到了一个，钱卓拉X射线天文台和双子星天文台一起得出的结果可能会突破天文学家对星系在早期宇宙中生长速度的限制。

　　研究团队在钱卓拉X射线数据中，看到了星系团的两个关键特征。首先，X射线数据显示，这个孤独的星系被大量的气体所包围，其温度高达数千万度，这在星系团中很常见。其次，超大质量黑洞的喷流在大约14万光年外产生了强烈的X射线源，这表示它已经进入了该星系周围的气体。之前在Karl G. Jansky甚大天线阵（VLA）数据中报道过，3C 297星系团的第三个特征是其中一个无线电喷流是弯曲的，这表示它与周围环境发生了交互作用。

图说：3C 297及其环境的X射线、无线电和光学合成影像。紫色：钱卓拉、红色：VLA、绿色：双子星、蓝色：哈勃可见光、橙色：哈勃红外数据。图片来源：NASA / CXC / University of Torino / Missaglia et al. / ESA / STScI & International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / NRAO / AUI / NSF

　　但来自双子星天文台的新数据显示，在光学影像中出现在3C 297附近的19个星系，只是在二维平面中接近3C 297，但实际上它们与3C 297的距离相差甚远，这个奇特的类星体星系确实是孤独的。原本应该在其中的所有星系到底发生了什么？研究团队认为可能来自于一个大星系的引力，加上星系之间的相互作用太强，导致它们与大星系合并。因此，研究人员认为3C 297不再是一个星系团，而是一个化石星系群（fossil group），这是巨型星系团合并的结果。

　　虽然之前已经发现许多其他的化石星系群，但3C 297是迄今发现最早的化石星系群，要解释宇宙如何在大爆炸后仅46亿年就能创造出这个系统深具挑战，这并没有打破我们对宇宙学的看法，但它推动了星系和星系团形成速度的极限，需要重新思考星系团的完全合并是如何展开的。相关研究成果发表于《The Astrophysical Journal》期刊上。（编译/台北天文馆赵瑞青）

资料来源：SCI NEWS

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　来自COSMOS-Web计划的天文学家发布由韦伯太空望远镜上的近红外相机 （NIRCam）和中红外成像——光谱仪（MIRI）在2023年1月上旬所拍摄的影像。COSMOS-Web目的在绘制宇宙最早的结构图，并将对多达一百万个星系进行广泛而深入的调查。在255个小时的观测时间里，将使用NIRCam绘制0.6平方度的天空，大约相当于3个满月的大小，及使用MIRI绘製0.2平方度。COSMOS-Web计划有3个主要科学目标：

　　(i) 进一步了解大爆炸后约20万年至10亿年的再电离时代。
　　(ii) 识别和描述最初20亿年早期大质量星系的特征。
　　(iii) 研究暗物质如何随着星系的恒星成分演化。

图说：COSMOS-Web NIRCam观测第一个时期于2023年1月5日至6日拍摄的影像。图片来源：COSMOS-Web / Casey et al. / RIT / UT Austin / IAP / CANDIDE

　　COSMOS-Web是韦伯在其第一年所观测到最广泛的区域，与哈勃太空望远镜和史匹哲太空望远镜等其他天文台之前所拍摄的影像相比，在在显示令人难以置信的细节。COSMOS-Web的第一张快照包含了约25,000个星系，这数字比哈勃深领域（Hubble Ultra Deep Field，HUDF）中的星系还要多许多，但这仅仅是我们欲获得完整调查数据中的4%，当整个完成后，这片深场将大得惊人，并且美不胜收。韦伯将在4月和5月拍摄77个点，这大约占整个区域的一半，其余69个点计划于2023年12月和2024年1月进行。研究人员表示根据迄今所获得最好的影像，认为这些是致密物体，而韦伯的观测能够将这些物体分解成多个组成部分，在某些情况下甚至可以揭示这些河外源的复杂形态。相关研究成果将发表于《Astrophysical Journal》期刊上。（编译/台北天文馆赵瑞青）

资料来源：SCI NEWS

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　由达特茅斯学院天文学教授领导的团队，在一个与银河系大小相当的星系周围，首次发现了3个超微弱矮星系（ultra-faint dwarf galaxies），它们被认为是本星系群之外所发现最微弱的星系之一。新发现的星系距地球约1,140万光年，估计约有120亿年的历史，其中几乎所有的恒星都是在早期宇宙中形成的。这些星系是由位于智利的麦哲伦望远镜观测确定，之后透过哈勃太空望远镜更深入的观测加以确认。

图说：图中是3个星系之一Scl-MM-dw5，它的恒星聚集在中心位置。图片来源：NASA, HST-GO-15938, PI: Mutlu-Pakdil

　　这些星系是首次在一个质量与银河系相当的螺旋星系周围发现的超微弱矮星系，该星系围绕着一个名为玉夫座星系（NGC 253）运行，然而，它们的特征与本星系群内的超微弱矮星系一致，这将有助于科学家建立更准确的超微弱矮星系模型。研究人员表示大多已知的超微弱矮星系都在本星系群内，但不同的环境将会对它们的形成和演化有所影响。想要进一步地了解本星系群以外的微弱星系，并更强有力地限制超暗矮星系的统计，需要在本地环境之外发现更多的超微弱矮星系，并对其进行详细研究，才能了解本星系群内的超微弱矮星系是典型的还是不寻常的。

　　超微弱矮星系是已知亮度最低、化学演化最少的星系，然而，它们也最受暗物质所支配。暗物质被认为是构成宇宙大部分的神秘物质形式，因此天文学家认为超微弱矮星系是早期宇宙的原始化石，可以为研究宇宙的组成及其第一个星系的形成提供最佳机会。矮星系是大型星系的基石，而超微弱矮星系是研究最小尺度星系形成和了解最小的暗物质团块如何充满恒星并变成星系的最佳场所。确定银河系附近已知存在的最微弱星系，将得以帮助研究人员创建宇宙最早星系形成的通用模型。

　　相关研究成果将发表于《The Astrophysical Journal》期刊上。（编译/台北天文馆赵瑞青）

资料来源：SciTech Daily

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　来自哈勃太空望远镜一张惊人的图片显示三个星系正在走向碰撞和合并。虽然宇宙中星系彼此碰撞相当常见，但这次却很罕见，因为这三个星系中的每一个目前都处于孕育新星的阶段。

图说：哈勃太空望远镜拍摄的牧夫座中的三个星系正走向碰撞。（图片来源：ESA/Hubble & NASA，M. Sun）

　　这三个星系位于牧夫座中，最终将合并成一个大星系。在此过程中，由于他们之间引力的相互作用，将使得目前看到的螺旋状结构消失。

　　他们被统称为SDSSCGB 10189星系，彼此之间的距离只有5万光年。虽然这看起来是一个相当够远的距离，没有太多碰撞的危险，但从宇宙的角度来看，实际上非常近，因为离我们银河系最近的仙女座星系，距离地球超过250万光年远。

　　这张照片来自于一项观测研究，旨在帮助天文学家了解宇宙中范围最大、质量最大的星系起源，这些星系被称为最亮星系团（Brightest Cluster Galaxies，BCGs）。天文学家怀疑，BCGs可能是由像SDSSCGB 10189星系中富含气体的大型星系合并形成的。

　　关于BCGs是在宇宙138亿年的历史中什么时候形成的，目前仍存在争议。一些天文学家认为，这些巨大的明亮星系形成于宇宙的早期阶段，约宇宙诞生后的25亿年，另一些人则认为BCGs至今仍在形成和发展。SDSSCGB 10189的合并可能会导致BCG的诞生，期望能揭示这些巨大明亮的星系是如何及何时形成的谜团。（编译/台北天文馆吴典谚）

资料来源：NASA

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　一个国际天文研究团队使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）发现了一个新的静谧星系（quiescent galaxy），并命名为 JADES-GS+53.15508-27.80178（简称JADES-GS-z7-01-QU），此星系质量相对较低且处于高红移状态。本研究已于2023年2月27日在预印本服务器arXiv上发表。

图说：JADES-GS-z7-01-QU的NIRSpec R100棱镜光谱。图片来源：Looser等人，2023年。

　　许多大质量星系是呈现不活跃、静止的状态，因此即使在高红移的情况下也几乎没有恒星形成的迹象。到目前为止，只有极少数由光谱证实的高红移（高达5.0的红移）静谧星系被探测到。发现这种类型的新星系对天文学家非常重要，可以更加了解早期宇宙中的星系是如何形成、演化并最终变得静谧的。

　　由英国剑桥大学的Tobias J. Looser领导的研究小组使用JWST的近红外相机 （NIRCam）探测到一个红移7.3的星系，当时宇宙只有7亿年，大约是现在年龄的5%。

　　JADES-GS-z7-01-QU于2010年首次被确认为莱曼断裂星系（Lyman break galaxy）。而新的NIRCam数据显示，大约在1,000万到2,000万年前，它是一个静谧的星系，经历了短暂而强烈的恒星形成爆发，然后迅速熄灭。特别是，恒星形成率（SFR）在大约8,000万年前显著增加，持续大约5,000万年最后一次爆发之后，星系在短时间内静止下来。结果表明，其完全没有星云发射线，而巴耳末断裂（Balmer break）和莱曼-α（Lyman-alpha）下降被清楚地检测到，这些发现证实了它是一个最近停止形成恒星的星系。

　　该论文的作者指出，他们的发现证明了JWST对于高红移静谧星系的探测和研究有多么重要。（编译/台北天文馆吴典谚）

资料来源：Phys.org

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　由澳洲斯威本科技大学领导的研究团队，使用ESO甚大望远镜（VLT）250小时的观测期间发现，在仅仅3亿年的时间里，温暖的碳含量突然增加了5倍。

图说：透过测量古代星系周围气体中的碳密度，对130亿年前的宇宙状态有了新的认识。图片来源：Swinburne University of Technology

　　第一个星系的形成标志着宇宙历史上的一个重要转折点。大质量恒星释放的高能光子，开始了宇宙的再电离，恒星核合成导致了第一批重元素的产生，然后通过超新星爆炸释放到周围的气体中。然而，对于第一个星系形成的时间以及其如何塑造周围环境的特性，人们所知甚少。

　　研究人员发现温暖气体中的碳含量约在130亿年前迅速增加，这可能与称为再电离时期的大规模气体加热有关，虽然之前的研究表明暖碳在增加，但需要更大的样本来提供统计数据，以准确测量增长的速度，因此，团队对这种快速演变提出了两种可能的解释。首先，星系周围的碳最初会增加，仅仅是因为宇宙中有更多的碳。在第一批恒星和星系形成的时期，大量的重元素正在形成，因在有恒星之前未曾有过碳。因此，快速上升的一个可能原因就是我们看到了第一代恒星的产物。但我们也发现了同时期冷碳数量减少的证据，这表示碳的演化过程可能有两个不同的阶段——在发生再电离时迅速上升，随后趋于平缓。

　　多亏了8米的VLT，让我们可以观察到一些最遥远的类星体，它们就像手电筒般，照亮了从早期宇宙到地球途中的星系。当类星体的光在其130亿年的宇宙之旅中穿过星系时，一些光子被吸收，在光中形成独特的条码状图桉，这些图案使我们可以对其分析，并确定星系中气体的化学成分和温度，给出了宇宙发展的历史画面。这些条码是由VLT X-SHOOTER光谱仪所捕获，它将星系的光分成不同的波长，如同光通过稜镜一样，让我们得以读取条码并测量每个星系的特性。而结果与最近的研究一致，显示星际空间的中性氢含量大约在同一时间迅速减少。相关研究成果将发表于《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》期刊上。（编译/台北天文馆赵瑞青）

资料来源：SCI-NEWS

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　自1926年对星系形态进行分类，提出哈勃序列以来，随着科技的进步，天文学家不断地完善我们对星系演化和形态的理解。1970年代，研究人员已证实孤立的星系往往呈螺旋状，而那些在星系团中发现的星系可能是光滑、没有特征，呈现椭圆和透镜状。

　　由国际无线电天文研究中心（ICRAR）所领导的研究团队，利用强大的EAGLE模拟，详细分析一组星系群，并使用人工智慧（AI）每分钟可以对近20,000个星系的形状进行分类，将原本需要数周的时间压缩到仅剩1个小时，大大地加速了他们的研究。这项研究解释了「形态-密度关系」，在此关系中，成群的星系比单独的星系看起来更平滑、更无特征。研究发现，当许多星系聚集在一起时，会发生一些不一样的事。星系上的旋臂非常脆弱，当处在更高密度的星系团时，螺旋星系开始失去它们的气体，气体的流失会导致旋臂「落下」，转变成透镜状。另一个原因是星系合并，当两个或更多的螺旋星系碰撞或靠得太近，它们之间会发生交互作用，最终形成一个大的椭圆星系。

图说：显示EAGLES模拟程式如何根据AI的评估对星系进行分类。图片来源：ICRAR

　　模拟的结果与在宇宙中观察到的情况非常吻合，这使研究团队更有信心使用模拟结果来解释星系团的观测。此研究还在预期的高密度区域之外发现了几个透镜状星系，从模型中显示它们是由两个星系合并所产生的。研究人员表示这项工作汇集了星系演化方面的各种研究成果，首次了解了形态与密度的关系。相关研究成果将发表于《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society（皇家天文学会月报）》期刊上。（编译/台北天文馆赵瑞青）

资料来源：Phys.org