詹姆斯·韦伯太空望远镜的发现表明，早期星系形成复杂结构的时间要早得多，这表明它们的进化速度加快了。信贷:SciTechDaily
JWST的高级观测表明，早期星系成熟得更快，混乱程度也更低，这对之前的星系演化理论提出了挑战。
新的研究表明，宇宙早期星系的动荡程度较低，发展速度也比之前认为的要快。这项研究由英国杜伦大学的一个国际团队领导，他们利用詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)找到了宇宙在几十亿年前形成棒状结构的证据。
这些发现发表在《皇家天文学会月刊》上。
艺术家的印象显示银河系的结构。棒状结构是穿过星系中心的淡黄色细长结构。来源:美国国家航空航天局/姓名/ R。伤害(SSC /加州理工学院)
来自詹姆斯·韦伯太空望远镜的洞察
条形是在像我们银河系这样的盘状或螺旋状星系中发现的恒星的细长条形。随着棒状结构的发展，它们调节着星系内恒星的形成，将气体推向星系的中心区域。它们的存在告诉科学家，星系已经进入了一个稳定的成熟阶段。
早期使用哈勃太空望远镜的研究发现，早在80亿或90亿年前，星系就形成了条状结构。然而，JWST增强的灵敏度和更宽的波长范围使天文学家能够在更久远的时间里探测到这些现象。
106亿年前的EGS_31125星系的灰度图像，视觉上被归类为强条纹(在中间的图像中，用粗实的紫色线勾勒出来，螺旋臂显示为暗紫色线)。从左至右:哈勃太空望远镜WFC3 F160W和詹姆斯·韦伯太空望远镜NIRCam F356W和F444W。这个滤镜对比展示了点扩散函数(PSF)、灵敏度和波长范围对星系图像的影响，特别是在条形背景下。图片来源:Zoe Le Conte
“早期宇宙中星系的成熟速度比我们想象的要快得多。这是一个真正的惊喜，因为你会期望宇宙在那个阶段非常动荡，星系之间有很多碰撞，还有很多尚未转化为恒星的气体，”作者佐伊·勒·孔蒂解释说，她是达勒姆大学物理系星系外天文学中心的博士研究员。
她补充说:“然而，多亏了詹姆斯·韦伯太空望远镜，我们在宇宙生命的早期就看到了很多这样的条形，这意味着星系在进化过程中比以前想象的更稳定。”研究人员表示，这一新证据表明，早期星系演化的理论可能需要进行重大修订。
哈勃太空望远镜拍摄的106亿年前EGS_31125星系的灰度图像。星系的横条是看不见的。图片来源:Zoe Le Conte
研究方法及结果
研究人员使用JWST来寻找星系中80亿到115亿年前的棒状结构。宇宙本身已有137亿年的历史。在观测到的368个盘状星系中，研究人员发现近20%的星系有棒状星系，这是哈勃望远镜观测到的棒状星系数量的两倍。
达勒姆大学物理系星系外天文学中心的迪米特里·加多蒂博士说:“我们发现早期宇宙中存在的酒吧比以前在哈勃研究中发现的要多得多，这意味着酒吧驱动的星系进化发生的时间比以前想象的要长得多。”
詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的106亿年前EGS_31125星系的灰度图像。星系的条形可以被看到(在中间的图像中，有一条粗实的紫色线，螺旋臂显示为暗紫色线)。图片来源:Zoe Le Conte
“宇宙的模拟现在需要仔细检查，看看我们是否得到与詹姆斯韦伯观测结果相同的结果，”Gadotti补充说。“我们必须跳出我们以为自己知道的东西去思考。”
随着研究人员进一步回顾过去，他们能够看到越来越少的条形星系。他们说，这可能是因为在宇宙的更早期阶段，星系可能没有形成得那么好。即使JWST提供了更高的望远镜功率，目前也没有办法看到更短的恒星条纹，因为它们不太容易被发现。
艺术家对詹姆斯·韦伯太空望远镜的印象，显示它的主镜指向宇宙。信贷:TRW-Ball
未来的发展方向
研究人员表示，他们现在想要研究早期宇宙中更多的星系，看看它们是否也形成了棒状结构。他们希望最终能追溯到更远的时间——122亿年前——看看随着时间的推移，条形结构的增长以及这种增长背后的机制是什么。
参考文献:由Zoe A Le Conte, Dimitri A Gadotti, Leonardo Ferreira, Christopher J Conselice, Camila de Sá-Freitas, Taehyun Kim, Justus Neumann, Francesca Fragkoudi, E Athanassoula和Nathan J Adams所作的“JWST对红移1≤z≤3的柱状比例的调查”，2024年4月23日，《皇家天文学会月刊》。DOI: 10.1093 / mnras / stae921
达勒姆大学的星系外天文学中心和先进仪器中心为JWST的发展做出了重大贡献。最新的研究还包括来自杜伦大学计算宇宙学研究所、加拿大维多利亚大学的科学家;英国曼彻斯特大学Jodrell Bank天体物理中心;欧洲南方天文台;韩国庆北国立大学天文与大气科学系;德国马克斯·普朗克天文研究所;艾克斯马赛大学，法国。这项研究是由英国科学技术设施委员会资助的。
