美国国家航空航天局的韦伯看到星系神秘地清除了早期宇宙的迷雾
（神秘的地球uux.cn）据美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心：利用美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜独特的红外灵敏度，研究人员可以检查古代星系，探索早期宇宙的秘密。现在，一个国际天文学家团队在宇宙历史上出乎意料的早期发现了一个星系发出的明亮氢。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。
韦伯望远镜在詹姆斯·韦伯太空望远镜高级深部星系外巡天（JADES）拍摄的近红外相机（NIRCam）图像中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3.3亿年就存在。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。
图像A:GOODS-S领域的JADES-GS-z13-1（NIRCam图像）
令人难以置信的遥远星系JADES-GS-z13-1在大爆炸后仅3.3亿年就被观测到，最初是通过美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜的NIRCam（近红外相机）的深度成像发现的。现在，一个国际天文学家团队已经确定，在宇宙历史上一个出乎意料的早期，这个星系发出了强大的氢。JADES-GS-z-13的红移（z）为13，这表明它的年龄和距离。图像：uux.cn美国国家航空航天局、欧洲航天局、加拿大航天局、JADES合作组织、J.Witstok（剑桥大学/哥本哈根大学）、P.Jakobsen（哥本哈根大学），A.Pagan（STScI）、M.Zamani（欧洲航天局/韦伯）
图片B:JADES-GS-z13-1（近红外摄像头特写）
这张照片显示了星系JADES GS-z13-1（中心的红点），这是美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜的NIRCam（近红外相机）拍摄的，是JWST高级深部星系外巡天（JADES）计划的一部分。NIRCam的这些数据使研究人员能够将GS-z13-1识别为一个非常遥远的星系，并对其红移值进行估计。韦伯独特的红外灵敏度对于在如此极端的距离观测星系是必要的，在穿越宇宙的漫长旅程中，星系的光线已经转变为红外波长。图像：uux.cn美国国家航空航天局、欧洲航天局、加拿大航天局、JADES合作组织、J.Witstok（剑桥大学/哥本哈根大学）、P.Jakobsen（哥本哈根大学）和M.Zamani（欧洲航天局/韦伯）
NIRCam成像的初始红移估计值为12.9。为了证实其极端红移，由英国剑桥大学的Joris Witstok、宇宙黎明中心和丹麦哥本哈根大学领导的一个国际团队使用韦伯的近红外光谱仪对该星系进行了观测。
在所得光谱中，红移被证实为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，被称为莱曼α发射，由氢原子辐射。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。
剑桥大学和伦敦大学学院的研究小组成员罗伯托·马约利诺解释说：“早期的宇宙沐浴在中性氢的浓雾中。”。“大部分雾霾是在大爆炸后约10亿年完成的再电离过程中消散的。GS-z13-1在宇宙只有3.3亿年的时候就出现了，但它显示出一个令人惊讶的清晰的莱曼α辐射特征，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。”
图C:JADES-GS-z13-1光谱图
美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜探测到来自遥远星系的意外光线。大爆炸后仅3.3亿年观测到的星系JADES-GS-z13-1（对应于z=13.05的红移）显示出被称为莱曼α发射的氢的明亮发射。这令人惊讶，因为这种排放应该被弥漫在早期宇宙中的中性氢浓雾吸收了。图像：uux.cn美国国家航空航天局、欧洲航天局、加拿大航天局、J.Witstok（剑桥大学、哥本哈根大学）、J.Olmsted（STScI）
在再电离时代之前和期间，星系周围的大量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——包括莱曼阿尔法辐射——能够从这些羽翼未丰的星系逃逸到地球。因此，确认该星系的莱曼α辐射对我们理解早期宇宙具有重大意义。
亚利桑那大学的团队成员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。”。“我们可以认为早期宇宙被浓雾笼罩，即使是强大的灯塔也很难透过浓雾看到，但在这里，我们看到这个星系的光束穿透了面纱。这条迷人的发射线对宇宙如何以及何时重新电离有着巨大的影响。”
来自这个星系的莱曼阿尔法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。
Witstok说：“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。”。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。
这项研究于周三发表在《自然》杂志上。
詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦伯正在解开太阳系的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦伯是美国国家航空航天局及其合作伙伴欧洲航天局和加拿大航天局领导的一个国际项目。
