韋伯揭示星系合并是早期宇宙之謎的答案 _星系

CEERS巡天視場中的萊曼-α發(fā)射星系egsy 8 p 7（NIR cam圖像）。致謝:歐洲航天局
據(jù)歐洲航天局：美國國家航空航天局/歐空局/加空局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的主要任務(wù)之一是探測早期宇宙。現(xiàn)在，韋伯的NIRCam儀器無與倫比的分辨率和靈敏度首次揭示了宇宙早期星系的局部環(huán)境。
這解決了天文學(xué)中最令人困惑的謎團之一——為什么天文學(xué)家探測到氫原子發(fā)出的光，而這些光本應(yīng)被大爆炸后形成的原始?xì)怏w完全阻擋。這些新的韋伯觀測發(fā)現(xiàn)，正是這些星系周圍的小而微弱的物體顯示出“令人費解”的氫排放。
結(jié)合早期宇宙中星系的最先進(jìn)模擬，觀測結(jié)果表明，這些鄰近星系的混亂合并是氫排放的來源。這些發(fā)現(xiàn)已經(jīng)發(fā)表在《自然天文學(xué)》上。
光以有限的速度傳播（每秒30萬公里），這意味著星系越遠(yuǎn)，光到達(dá)太陽系所需的時間越長。因此，對最遙遠(yuǎn)星系的觀測不僅可以探索宇宙的遙遠(yuǎn)范圍，還可以讓我們研究宇宙的過去。
為了研究非常早期的宇宙，天文學(xué)家需要特別強大的望遠(yuǎn)鏡，能夠觀測非常遙遠(yuǎn)的星系，因此非常微弱。韋伯的主要能力之一是它能夠觀察那些非常遙遠(yuǎn)的星系，從而探索宇宙的早期歷史。一個國際天文學(xué)家小組充分利用韋伯驚人的能力解決了一個長期存在的天文學(xué)謎團。
最早的星系是恒星形成活躍活躍的場所，因此是氫原子發(fā)出的一種稱為萊曼α發(fā)射的光的豐富來源。然而，在再電離時期，大量中性氫氣包圍著這些活躍恒星形成區(qū)（也稱為恒星孕育區(qū)）。
此外，星系之間的空間被比今天更多的這種中性氣體所填充。這種氣體可以非常有效地吸收和分散這種氫排放，因此天文學(xué)家長期以來一直預(yù)測，宇宙早期釋放的大量萊曼-α排放今天應(yīng)該觀察不到。
然而，這一理論并不總是經(jīng)得起推敲，因為天文學(xué)家以前已經(jīng)觀察到了非常早期的氫排放的例子。這提出了一個謎:這種本應(yīng)被吸收或分散很久的氫排放是如何被觀察到的？
劍橋大學(xué)的研究員兼新研究的首席研究員卡勒姆·威滕闡述道:“以前的觀測提出的最令人困惑的問題之一是在非常早期的宇宙中探測到氫原子發(fā)出的光，這些光應(yīng)該被大爆炸后形成的原始中性氣體完全阻擋。此前人們提出了許多假說來解釋這種‘莫名其妙’的排放的大逃逸。”
該團隊的突破得益于韋伯角分辨率和靈敏度的非凡結(jié)合。韋伯的NIRCam儀器的觀測能夠分辨出明亮星系周圍的較小、較暗的星系，從這些星系中檢測到了令人費解的氫排放。換句話說，這些星系的周圍似乎比我們之前想象的要繁忙得多，充滿了小而昏暗的星系。

這張照片顯示了星系EGSY8p7，這是一個早期宇宙中的明亮星系，在這里可以看到受激氫原子發(fā)出的光——萊曼-α發(fā)射。韋伯的高靈敏度挑選出了這個遙遠(yuǎn)的星系和它的兩個伴星系，在以前的觀察中只能看到一個更大的星系。這一相互作用星系團的發(fā)現(xiàn)揭示了為什么EGSY8p7的氫排放被大爆炸后形成的中性氣體所籠罩的謎團。天文學(xué)家得出結(jié)論，這些相互作用的星系中強烈的恒星形成活動激發(fā)了氫排放，并從周圍清除了大片氣體，使意外的氫排放得以逃逸。這張EGSY8p7的特寫視圖經(jīng)過了新的處理，利用了七種不同的近紅外濾光片捕獲的NIRCam數(shù)據(jù) 。致謝:歐空局/韋伯、美國國家航空航天局和加空局、c .威滕、m .扎馬尼（歐空局/韋伯）
至關(guān)重要的是，這些較小的星系相互作用并相互合并，韋伯揭示了星系合并在解釋最早星系的神秘發(fā)射中起著重要作用。
斯坦福大學(xué)的團隊成員塞爾吉奧·馬丁·阿爾瓦雷斯補充說:“哈勃只能看到一個大星系，而韋伯看到了一群較小的相互作用的星系，這一發(fā)現(xiàn)對我們理解一些首批星系意外的氫排放產(chǎn)生了巨大影響。”
然后，研究小組使用最先進(jìn)的計算機模擬來探索可能解釋其結(jié)果的物理過程。他們發(fā)現(xiàn) ，通過星系合并快速積累的恒星質(zhì)量既推動了強烈的氫排放，又促進(jìn)了輻射通過清除了大量中性氣體的通道逃逸。因此，以前未被觀測到的較小星系的高合并率為長期以來令人費解的早期氫排放之謎提供了一個令人信服的解決方案。
該團隊正在計劃對處于不同合并階段的星系進(jìn)行后續(xù)觀察，以繼續(xù)加深他們對這些變化系統(tǒng)中氫排放如何排出的理解。最終，這將使他們能夠提高我們對星系演化的理解。