天文学家确认已知宇宙中最暗的星系

我们生活的宇宙是一个透明的宇宙，来自恒星和星系的光在清晰黑暗的背景下闪耀着明亮的光芒。

但情况并非总是如此——在早期，宇宙充满了氢原子的雾气，遮挡了来自最早恒星和星系的光线。

来自第一代恒星和星系的强烈紫外线被认为已经烧穿了氢雾，将宇宙变成了我们今天看到的样子。

虽然前几代望远镜缺乏研究这些早期宇宙物体的能力，但天文学家现在正在使用詹姆斯·韦伯太空望远镜研究在事故发生后立即形成的恒星和星系的卓越技术大爆炸.

我是一个研究最远星系的天文学家在宇宙中使用世界上最重要的地面和太空望远镜。

利用韦伯望远镜的新观测结果和一种称为引力透镜的现象，我的团队确认存在目前已知早期宇宙中最暗淡的星系。

这个被称为JD1的星系被看作是宇宙只有4.8亿年的历史，占现在年龄的4%。

早期宇宙简史

宇宙生命的前十亿年是一个其演变的关键时期.在大爆炸后的最初时刻，物质和光在炽热、浓密的“汤”中相互结合基本粒子.

然而，在大爆炸后的几分之一秒，宇宙扩张极快.

这种膨胀最终使宇宙冷却到足以让光和物质从它们的“汤”中分离出来，并在大约38万年后形成氢原子。

氢原子以星际雾的形式出现，没有来自恒星和星系的光，宇宙是黑暗的。这个时期被称为宇宙黑暗时代.

大爆炸后几亿年第一代恒星和星系的到来使宇宙沐浴在极热的紫外线下，这燃烧或电离的氢雾.此过程产生了我们今天看到的透明、复杂和美丽的宇宙。

像我这样的天文学家称宇宙的第一个十亿年 - 当这种氢雾正在燃烧时 -再电离时代.

为了充分了解这一时期，我们研究了第一批恒星和星系何时形成，它们的主要特性是什么，以及它们是否能够产生足够的紫外线来燃烧所有的氢。

在早期宇宙中寻找微弱的星系

了解再电离时代的第一步是找到并确认天文学家认为可能导致这一过程的星系距离。

由于光以有限的速度传播，到达我们的望远镜需要时间，所以天文学家查看过去的对象.

例如，来自我们银河系中心的光大约需要27，000年才能到达地球上，所以我们看到它就像过去27，000年一样。这意味着，如果我们想回到大爆炸后的第一个时刻（宇宙有138亿年的历史），我们必须寻找极远距离的物体。

因为居住在这个时间段的星系是如此遥远，所以它们看起来非常微弱而小到我们的望远镜，并在红外线中发射大部分光。这意味着天文学家需要像韦伯这样强大的红外望远镜来找到它们。

在韦伯之前，天文学家发现的几乎所有遥远星系都非常明亮和巨大，仅仅是因为我们的望远镜不够灵敏，无法看到更暗淡、更小的星系。

然而，后者的数量要多得多，更具代表性，并且可能是再电离过程的主要驱动力，而不是光明的人群。

因此，这些微弱的星系是天文学家需要更详细地研究的星系。这就像试图通过研究整个种群而不是几个非常高的人来理解人类的进化。通过让我们看到微弱的星系，韦伯为研究早期宇宙打开了一扇新窗口。

典型的早期星系

JD1就是这样一个“典型”的暗淡星系。它是2014年用哈勃太空望远镜发现作为一个可疑的遥远星系。但哈勃望远镜没有能力或灵敏度来确认它的距离——它只能做出有根据的猜测。

附近又小又微弱星系有时会被误认为是遥远的星系，所以天文学家需要确定它们的距离，然后我们才能对它们的性质提出声明。因此，遥远的星系在被确认之前仍然是“候选者”。

韦伯望远镜终于有能力确认这些，JD1是韦伯对哈勃发现的极其遥远的星系候选者的首批重大确认之一。此确认将其列为早期宇宙中迄今为止最暗淡的星系.

为了确认JD1，我和国际天文学家团队使用了韦伯的近红外光谱仪，近红外光谱，以获得星系的红外光谱。

光谱使我们能够确定与地球的距离，并确定它的年龄，它形成的年轻恒星的数量以及它产生的尘埃和重元素的数量。

引力透镜，大自然的放大镜

即使对于韦伯来说，如果没有大自然的帮助，JD1也是不可能看到的。JD1位于附近一大群星系后面，称为阿贝尔 2744，其综合引力弯曲并放大来自JD1的光。

这种效应被称为引力透镜，使JD1看起来比平时更大，亮度高13倍。

如果没有引力透镜，天文学家就不会看到JD1，即使有韦伯。

JD1的引力放大倍率和韦伯另一台近红外仪器的新图像的结合，尼尔卡姆，使我们的团队能够以前所未有的细节和分辨率研究星系的结构。

这不仅意味着我们作为天文学家可以研究早期星系的内部区域，还意味着我们可以开始确定这些早期星系是否是小的，紧凑的和孤立的来源，或者它们是否正在与附近的星系合并和相互作用。

通过研究这些星系，我们可以追溯到塑造宇宙并产生我们宇宙家园的基石。

圭多·罗伯茨-博尔萨尼，天体物理学博士后，加州大学洛杉矶分校

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