早期宇宙中观测到由内而外的星系生长
天文学家利用美国国家航空航天局/欧洲航天局的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)观察了早期宇宙中一个星系的“从内到外”的生长过程，该星系形成于大后仅7亿年。
这个星系比银河系小一百倍，但对于宇宙早期而言，它却出奇地成熟。就像一座大城市，这个星系的核心恒星密集，但在星系“郊区”的恒星密度较低。就像一座大城市，这个星系开始蔓延，外围的恒星形成正在加速。
这是迄今为止最早探测到的由内而外的星系生长现象。在韦伯望远镜之前，我们不可能研究宇宙历史早期的星系生长。
虽然韦伯望远镜拍摄的图像只是时间上的快照，但剑桥大学领导的研究人员表示，研究类似的星系可以帮助我们了解它们如何从气体云转变为我们今天观察到的复杂结构。研究结果发表在《自然天文学》杂志上。
“星系如何随着宇宙时间而演化是天体物理学中的一个重要问题，”该研究的共同主要作者、剑桥大学卡文迪什实验室的桑德罗·塔切拉博士说。
“我们获得了过去一千万年以及宇宙中我们这个角落的星系的大量优秀数据，但现在有了韦伯望远镜，我们可以获得数十亿年前的观测数据，探索宇宙最初十亿年的历史，这开启了各种新问题。”
我们今天观察到的星系通过两种主要机制成长：要么吸入或吸积气体形成新恒星，要么通过与较小的星系合并成长。早期宇宙中是否存在不同的机制是一个悬而未决的问题，天文学家希望借助韦伯望远镜来解决这个问题。
塔切拉说：“星系一开始会很小，因为气体云在自身引力的作用下坍缩，形成非常致密的恒星核心，甚至可能是黑洞。
“随着星系的成长和恒星形成的增加，它有点像旋转的花样滑冰运动员：当滑冰运动员收起手臂时，它们会积聚动量，旋转得越来越快。星系有点类似，后来气体从越来越远的距离吸积，使星系旋转起来，这就是为什么它们经常形成螺旋或盘状的原因。”
这个星系是JADES(詹姆斯韦伯太空望远镜先进河外星系巡天)合作项目的一部分，它正在早期宇宙中积极形成恒星。它有一个度核心，尽管它相对年轻，但其密度与当今的巨型椭圆星系相似，后者的恒星数量是后者的1,000倍。大多数恒星形成发生在远离核心的地方，恒星形成“团块”甚至更远。
随着恒星形成范围的扩大和星系尺寸的增大，恒星形成活动向外层强烈上升。这种类型的增长是理论模型所预测的，但借助韦伯望远镜，现在我们能够观察到它。
“韦伯望远镜对我们天文学家具有如此重大的变革意义，原因之一是我们现在能够观察到之前通过建模预测的现象，”论文合著者、卡文迪什大学博士生威廉·贝克(WilliamBaker)说道。“这就像能够检查你的家庭作业一样。”
研究人员利用韦伯望远镜提取了该星系发出的不同波长的光的信息，然后利用这些信息估算出年轻恒星与老恒星的数量，进而估算出恒星质量和恒星形成率。
由于该星系非常紧凑，因此星系的单个图像都经过“正向建模”，以考虑仪器效应。通过使用包括气体发射和尘埃吸收处方的恒星群模型，研究人员发现核心中有较老的恒星，而周围的圆盘部分正在经历非常活跃的恒星形成。
该星系大约每1000万年就会使其边缘的恒星质量翻一番，这个速度非常快：银河系每100亿年才会使其质量翻一番。
星系核心的密度以及高恒星形成率表明这个年轻星系富含形成新恒星所需的气体，这可能反映了早期宇宙的不同条件。
“当然，这只是一个星系，所以我们需要知道当时其他星系的状况，”塔切拉说。
“所有星系都像这样吗?我们现在正在分析来自其他星系的类似数据。通过观察宇宙时间中的不同星系，我们可能能够重建生长周期并展示星系如何生长到今天的最终大小。”
