美国国家航空航天局的韦布揭示了早期宇宙中稠密的宇宙结

天文学家利用美国国家航空航天局的詹姆斯•韦伯太空望远镜对早期宇宙进行了研究，发现了一个令人惊讶的发现：一个巨大的星系团正在一个极其红色的类星体周围形成。这一结果将扩大我们对早期宇宙中星系团如何聚集在一起并形成我们今天看到的宇宙网的理解。

类星体是一种特殊类型的活动星系核（AGN），是一个星系中心有超大质量黑洞的致密区域。落入超大质量黑洞的气体使类星体的亮度足以超过银河系的所有恒星。

韦布探索的类星体，名为SDSS J165202.64+172852.3，存在于115亿年前。它之所以异常红色，不仅是因为它固有的红色，还因为星系的光在其广阔的距离内发生了红移。这使得韦布在红外波长上具有无与伦比的灵敏度，非常适合详细检查星系。

在左边，哈勃太空望远镜在可见光和近红外光下拍摄的图像中突出显示了类星体SDSS J165202.64+172852.3。右侧和底部的图像展示了詹姆斯•韦伯太空望远镜在多个波长下的新观测结果。它们展示了在中心类星体周围新观测到的星系团中气体的分布和运动。

这个类星体是在如此遥远的距离内发现的最强大的星系核之一。天文学家推测，类星体的极端发射可能会导致“星系风”，将自由气体挤出宿主星系，并可能极大地影响那里未来的恒星形成。

为了研究星系中气体、尘埃和恒星物质的运动，该团队使用了望远镜的近红外光谱仪（NIRSpec）。这种强大的仪器使用一种名为光谱学的技术来观察类星体周围各种外流和风的运动。NIRSpec可以同时收集望远镜整个视场的光谱，而不是一次只从一个点收集光谱，使韦布能够同时检查类星体、星系和更广阔的环境。

美国国家航空航天局哈勃太空望远镜和其他天文台此前的研究引起了人们对类星体强大外流的关注，天文学家推测其宿主星系可能正在与一些看不见的伙伴合并。但该团队没想到韦布的NIRSpec数据会清楚地表明，它不仅仅是一个星系，而且至少还有三个星系围绕着它旋转。由于在大范围内的光谱，所有这些周围物质的运动都可以被绘制出来，因此得出的结论是，红色类星体实际上是星系形成的密集结的一部分。

德国海德堡大学的天文学家Dominika Wylezalek与韦布一起领导了这项研究，她说：“在这么早的时候，已知的星系原星团很少。很难找到它们，而且自大爆炸以来，很少有人有时间形成。”“这可能最终有助于我们了解密集环境中的星系是如何进化的。这是一个令人兴奋的结果。”

利用NIRSpec的观测结果，该团队能够确认该类星体的三个星系伴星，并展示它们之间的联系。哈勃望远镜的档案数据暗示可能还有更多。哈勃3号宽视场相机的图像显示了类星体及其星系周围的扩展物质，这促使它选择对其外流及其对宿主星系的影响进行研究。现在，研究小组怀疑他们可能一直在观察整个星系团的核心——直到现在韦布清晰的成像才揭示出来。

马里兰州巴尔的摩市约翰斯•霍普金斯大学的团队成员Andrey Vayner表示：“我们对数据的第一次观察很快就发现了相邻星系之间存在重大相互作用的明显迹象。NIRSpec仪器的灵敏度立即显现出来，我很清楚，我们正处于红外光谱的新时代。”

这三个已确认的星系以令人难以置信的高速度相互环绕，这表明存在大量质量。当结合它们在类星体周围区域的紧密程度时，研究小组认为这标志着早期宇宙中已知星系形成最密集的区域之一。“即使是致密的暗物质结也不足以解释它，”Wylezalek说。“我们认为，我们可能看到一个区域，两个大质量的暗物质晕正在合并在一起。”暗物质是宇宙中一个不可见的组成部分，它将星系和星系团连接在一起，并被认为形成了一个延伸到这些结构中恒星之外的“晕”。

Wylezalek团队进行的这项研究是韦布对早期宇宙研究的一部分。凭借其前所未有的回顾时间的能力，该望远镜已经被用于研究第一批星系是如何形成和演化的，以及黑洞是如何形成并影响宇宙结构的。该团队正在计划对这个意想不到的星系原星团进行后续观测，并希望利用它来了解像这样密集、混乱的星系团是如何形成的，以及它是如何受到其中心活跃的超大质量黑洞的影响的。

这些结果将发表在《天体物理杂志快报》上。这项研究是作为Webb早期释放科学计划#1335的一部分完成的。

詹姆斯•韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学观测站。韦布将解开我们太阳系中的谜团，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。韦布是由美国国家航空航天局及其合作伙伴欧空局和加拿大航天局领导的一个国际项目。