韦伯望远镜在神秘的早期宇宙迷雾中看到星系
对JADES-GS-z13-1-LA的NIRCam和NIRSpec/PRISM观测。来源：uux.cn/Nature（2025）。DOI:10.1038/41586-025-08779-5
（神秘的地球uux.cn）据剑桥大学（Sarah Collins）：天文学家已经发现了早期宇宙中一个星系的明亮氢辐射。这一惊人的发现使研究人员难以解释这种光是如何穿透当时充满太空的中性氢浓雾的。
美国国家航空航天局/欧洲航天局/加拿大航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜的一个关键目标是比以往任何时候都更深入地了解我们宇宙的遥远过去，即大爆炸后第一个星系形成的时期，这一时期被称为宇宙黎明。
研究其中一个非常早期的星系的研究人员现在在其光谱中发现了一个新发现，这挑战了我们对宇宙早期历史的既定理解。他们的研究结果发表在《自然》杂志上。
韦伯发现了令人难以置信的遥远星系JADES-GS-z13-1，该星系在大爆炸后仅3.3亿年就被观测到。研究人员利用星系在不同红外滤光片中的亮度来估计其红移，红移是根据星系在不断膨胀的空间中的光线如何被拉伸来测量星系与地球的距离。
NIRCam成像的初始红移估计值为12.9。为了证实其极端的红移，由剑桥大学卡夫利宇宙学研究所的Joris Witstok博士领导的一个国际团队使用韦伯的近红外光谱仪（NIRSpec）对该星系进行了观测。
所得光谱证实红移为13.0。这相当于在大爆炸后仅3.3亿年就看到了一个星系，这只是宇宙目前138亿年年龄的一小部分。
但一个意想不到的特征也脱颖而出：一种特定的、明显明亮的光波长，被确定为氢原子辐射的莱曼-α发射。这种发射比天文学家在宇宙发展的早期阶段所认为的要强烈得多。
剑桥大学卡夫利宇宙学研究所的合著者Roberto Maiolino教授说：“早期宇宙沐浴在中性氢的浓雾中。”。“大部分的雾霾是在一个叫做再电离的过程中消散的，这个过程是在大爆炸后大约10亿年完成的。
“GS-z13-1是在宇宙只有3.3亿年的时候看到的，但它显示出令人惊讶的清晰的莱曼-α发射特征，只有在周围的雾气完全消散后才能看到。这一结果完全出乎早期星系形成理论的意料，让天文学家感到惊讶。”
在再电离时代之前和期间，星系周围的中性氢雾阻挡了它们发出的任何高能紫外线，就像彩色玻璃的过滤效果一样。在足够多的恒星形成并能够电离氢气之前，没有这样的光——包括莱曼-α发射——能够从这些羽翼未丰的星系逃逸到地球。
JADES-GS-z13-1-LA中Ly-α的产生、逃逸和吸收示意图。来源：uux.cn/Nature（2025）。DOI:10.1038/41586-025-08779-5
来自这个星系的莱曼-α辐射的确认对我们理解早期宇宙具有重大意义。亚利桑那大学的合著者Kevin Hainline说：“考虑到我们对宇宙进化方式的理解，我们真的不应该发现这样的星系。”。
“我们可以认为早期的宇宙被浓雾笼罩着，即使是强大的灯塔也很难看到，但在这里，我们看到来自这个星系的光束穿透了面纱。”
来自这个星系的莱曼-α辐射的来源尚不清楚，但它可能包括宇宙中最早一代恒星的第一束光。
“围绕这个星系的电离氢大气泡可能是由一群特殊的恒星形成的——比后来形成的恒星质量更大、更热、更亮，可能代表了第一代恒星，”Witstok说，他现在位于哥本哈根大学宇宙黎明中心。由首批超大质量黑洞之一驱动的强大活动星系核是该团队发现的另一种可能性。
该团队计划对GS-z13-1进行进一步的后续观测，旨在获得有关该星系性质及其强莱曼-α辐射起源的更多信息。无论银河系隐藏了什么，它肯定会照亮宇宙学的一个新领域。
