研究人员使用詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了三个来自早期宇宙的巨大星系，发现它们的质量与银河系一样大，并且以惊人的效率形成恒星。这一发现与早期恒星形成缓慢的模型相矛盾，表明早期宇宙的恒星形成比以前认为的要多得多。
这三个红色怪物是宇宙大爆炸后第一个十亿年中质量极大且布满尘埃的星系。图片来源：NASA/CSA/ESA、M. Xiao 和 P. A. Oesch（日内瓦大学）、G. Brammer（尼尔斯·玻尔研究所）、Dawn JWST 档案
在早期宇宙中发现三个星系“红色怪物”
由日内瓦大学 (UNIGE) 领导的国际研究小组发现了三个超大质量星系，每个星系都几乎与银河系一样大，它们存在于宇宙大爆炸后的头十亿年内。这一意外发现是利用詹姆斯·韦伯太空望远镜的 FRESCO 程序得出的，该程序利用 NIRCam/grism 光谱仪精确测量星系的距离和恒星质量。
结果表明，早期宇宙中的恒星形成效率明显高于之前的认识，挑战了既定的星系形成模型。这些发现于 11 月 13 日发表在《自然》杂志上。
挑战传统星系形成理论
根据现行的科学模型，星系逐渐形成在巨大的暗物质晕中，这些暗物质晕吸收气体（原子和分子）形成引力束缚结构。通常，只有大约 20% 的气体会转化为星系内的恒星。然而，UNIGE 团队利用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 进行的新观测对这一观点提出了质疑。数据表明，早期宇宙中巨大的星系形成恒星的速度可能比后来的星系高得多，生长速度远远快于曾经的想象。
JWST 无与伦比的能力使天文学家能够系统地研究非常遥远和早期宇宙中的星系，从而深入了解巨大且被尘埃遮蔽的星系。通过分析 FRESCO 调查中的星系，科学家发现大多数来源都符合现有模型。
然而，他们还发现了三个令人惊讶的质量巨大的星系，其恒星质量与今天的银河系相当。它们形成恒星的效率几乎是其低质量对应物和后期星系的两倍。由于它们含有大量尘埃，在 JWST 图像中呈现出明显的红色，它们被命名为三个“红色怪物”。
“我们的发现正在重塑我们对早期宇宙中星系形成的理解，”新研究的主要作者、日内瓦大学科学学院天文系博士后研究员肖梦远博士说。“这些‘红色怪物’的巨大特性在詹姆斯·韦伯望远镜之前很难确定，因为它们由于尘埃衰减而无法在光学上看到，”巴黎-萨克雷原子能委员会研究主任戴维·埃尔巴兹博士说。
詹姆斯·韦伯太空望远镜是太空探索的革命性工具，能够窥视早期宇宙并发现遥远的星系、恒星和行星。它使用红外技术揭示了以前的望远镜无法发现的细节。图片来源：ESA/ATG medialab
国际团队与詹姆斯·韦伯望远镜一起开发了一个新项目，以系统地分析宇宙历史最初十亿年内的完整发射线星系样本。这种方法使团队能够对整个星系样本进行精确的距离估计和可靠的恒星质量测量。
“我们的研究结果凸显了 NIRCam/光栅光谱的非凡能力，”日内瓦大学科学学院天文系副教授、该观测项目首席研究员 Pascal Oesch 解释道。“太空望远镜上的仪器使我们能够识别和研究星系随时间的增长，并更清楚地了解恒星质量在宇宙历史过程中是如何积累的。”
虽然这些发现与标准宇宙学模型并不冲突，但它们对星系形成理论提出了新的问题，特别是早期宇宙中“太多、太重”星系的问题。目前的模型可能需要考虑独特的过程，这些过程允许某些早期大质量星系实现如此高效的恒星形成，从而在宇宙的早期非常迅速地形成。未来利用詹姆斯·韦伯太空望远镜和阿塔卡马大型毫米波阵列 (ALMA) 进行的观测将进一步深入了解这些超大质量“红色怪物”，并揭示此类源的更大样本。
“这些结果表明，早期宇宙中的星系可以以意想不到的效率形成恒星，”肖孟元博士总结道。“随着我们更深入地研究这些星系，它们将为塑造宇宙早期时代的条件提供新的见解。‘红色怪物’只是我们探索早期宇宙新时代的开始。”
编译自/scitechdaily