宇宙黎明时期星系如何形成？

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）发现了可能是宇宙中最早期的星团。

"宇宙宝石弧"是一个形成于大爆炸后仅4.6亿年的星系，最近詹姆斯·韦伯太空望远镜在"宇宙宝石弧"内部发现了五个原球状星团，这是5个由引力束缚在一起的数百万颗恒星组成的群体。

"宇宙宝石弧"因其外观而得名，从我们的太阳系看去，这个布满恒星的星系看起来像一个细如发丝的新月，这是由于前景星系强大的引力影响，放大并扭曲了这个遥远星系的外观。这个星系是宇宙前5亿年中被观测到的放大程度最高的区域，为天文学家提供了一个前所未有的窗口，让我们得以了解最初的恒星是如何在宇宙黎明时期塑造星系的。

宇宙黎明时期是指宇宙诞生后的第一个10亿年。大约在大爆炸后4亿年，再电离时期开始，新生恒星的光剥离了氢原子的电子，导致星系结构发生根本性的重塑。

研究第一作者、斯德哥尔摩大学的天文学家安吉拉·阿达莫表示："早期宇宙与我们预期的完全不同。星系更加明亮，它们以惊人的速度形成恒星，而且是在大而密集的星团中进行。我们正在建立一个新的认知，了解早期星系是如何形成的。"

研究人员于6月24日在《自然》杂志上发表了他们的发现。

当恒星形成时，它们会以风和电离等离子体喷流的形式抛出物质——这个过程被称为恒星反馈。

阿达莫说："为了形成这5个星团，这个小星系必须以非常高的效率进行。星团中恒星的恒星反馈一定是巨大的。"

科学家们于2018年使用哈勃太空望远镜发现了"宇宙宝石弧"。通常，来自如此早期的星系发出的光太微弱，无法被望远镜探测到。但一种称为引力透镜的现象可以帮助天文学家观察它们。正如爱因斯坦在他的广义相对论中所描述的，引力是在物质和能量存在的情况下时空的弯曲和扭曲。这种弯曲的空间反过来制定了能量和物质运动的规则。

这意味着，尽管光沿直线传播，但它可以被引力的存在弯曲和放大。在这个案例中，星系SPT-CL J0615-5746位于"宇宙宝石弧"和我们的太阳系之间，弯曲并放大了这个早期星系的光，使其能被望远镜观测到。

通过将JWST对准这个弯曲的空间区域，天文学家以前所未有的细节观察到了"宇宙宝石弧"，解析出了其中嵌套的五个球状星团。他们发现这些星团非常密集，比在地球附近观察到的恒星形成区域密集约三个数量级。

这些星团是有史以来第一批被观察到的星团。但阿达莫说，它们是否是最早存在的星团仍不清楚。

她补充道："原则上，我预计即使在相当原始的星系中，恒星形成也会以聚集的方式进行。但要形成[大质量]原球状星团，宿主星系需要能够创造并保留足够多的气体质量。所以这一切都取决于原始星系能以多快的速度成长。"

为了进一步了解该区域宇宙的最初火种，研究人员将使用JWST进行光谱分析跟进研究。这将使天文学家能够重建星团的物理特性，进一步限定它们的年龄，并追踪星团中的恒星对其所在更广泛星系的影响。