天文学家在早期宇宙中发现富含金属的星系

强发射线的矩0图和光谱片段。对于每条强线，学家现富星系减去透镜、早期中减去连续统的宇宙力矩0图显示在第一行，带有与图1相同的含金标记区域。光谱片段显示在第二行，天文整合了三个区域。学家现富星系光谱垂直偏移以帮助观察，早期中零基线由细黑线表示。宇宙绿色虚线表示线或线关联的含金高斯拟合加上局部连续体的线性拟合。光谱的天文标注样式和颜色与图1相同。Credit: The 学家现富星系Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acb59c
（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（by James Dean, Cornell University）：扫描由美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)拍摄的一个著名的早期星系的第一张图像时，康乃尔的早期中天文学家们好奇的在它的外边缘附近看到了一个光点。
他们最初的宇宙焦点，也是含金红外天文台的目标，是SPT0418-47，这是早期宇宙中最亮的尘埃恒星形成星系之一，其遥远的光被前景星系的引力弯曲并放大成一个圆形，称为爱因斯坦环。
但是，对去年秋天发布的早期JWST数据进行更深入的研究，意外地发现了一个伴星系，它以前隐藏在前景星系的光线后面，尽管它很年轻，估计有14亿岁，但令人惊讶的是，它似乎已经拥有了多代恒星。
“我们发现这个星系化学成分非常丰富，这是我们都没有预料到的，”负责数据分析的天文学博士生薄鹏说。“JWST改变了我们看待这个系统的方式，并为研究早期宇宙中恒星和星系的形成开辟了新的途径。”
彭是2月17日在《天体物理学杂志快报》上发表的“在发现z~4星暴星系的一个充满灰尘的化学成熟伴星早期发布科学数据”的第一作者，八位合著者是文理学院天文系的现任或前任成员。
康奈尔天体物理和行星科学中心(CCAPS)的副研究员、论文第二作者Amit Vishwas说，智利阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)捕捉到的同一爱因斯坦环的早期图像包含JSWT清晰解析的伴星线索，但它们只能被解释为随机噪声。
通过研究来自NIRSpec仪器的图像的每个像素中嵌入的光谱数据，彭确定了环内的第二个新光源。他确定，这两个新的来源是一个新星系的图像，该新星系被形成光环的同一个前景星系引力透镜化，尽管它们要暗8到16倍——这证明了JWST红外视觉的力量。
对光的化学成分的进一步分析证实，来自氢、氮和硫原子的强发射线显示出类似的红移——这是一种测量星系随着距离变得更远而延伸到更长、更红波长的光的量。这使得这两个星系离地球的距离大致相同——红移约为4.2，约为宇宙年龄的10%——并且位于同一区域。
为了验证他们的发现，研究人员回到了ALMA早期的观察。他们发现电离碳的发射线与JWST观测到的红移非常匹配。
“这真的确定了，”维什瓦斯说。“因为我们有几条发射线移动了完全相同的量，毫无疑问，这个新星系就在我们认为的地方。”
该团队估计，他们标记为SPT0418-SE的伴星系距离该环不到5千秒差距。(银河系的卫星麦哲伦云距离我们大约50千秒差距。)这种接近表明星系必定会相互作用，甚至可能合并，这一观察增加了对早期星系如何演变成更大星系的理解。
作为早期宇宙中的星系，这两个星系的质量适中，其中“se”相对较小，尘埃较少，使其看起来比极度模糊的尘埃环更蓝。基于颜色相似的附近星系的图像，研究人员认为它们可能居住在“一个巨大的暗物质晕中，还有尚未被发现的邻居。”
考虑到它的年龄和质量，伴星系最令人惊讶的是它成熟的金属含量——比氦和氢重的元素数量，如碳、氧和氮。该小组估计，这相当于我们的太阳，它已经超过40亿岁，并继承了前几代恒星的大部分金属，这些恒星用了80亿年来建立它们。
“我们看到至少几代恒星在宇宙存在的第一个十亿年内生存和死亡的残留物，这不是我们通常看到的，”Vishwas说。“我们推测，在这些星系中形成恒星的过程一定非常有效，并且在宇宙中很早就开始了，特别是为了解释测得的氮相对于氧的丰度，因为这个比率是衡量多少代恒星存活和死亡的可靠指标。”
研究人员已经提交了一份JWST观测时间的提案，以继续研究光环及其同伴，并协调光学和远红外光谱之间的潜在差异。
“我们仍在研究这个星系，”彭说。“这些数据中还有更多值得探索的地方。”
该团队感谢早期发布的科学计划，该计划使JWST数据立即可供公众使用，名为“模板:瞄准极度放大的全色透镜弧及其扩展的恒星形成”，由美国宇航局天体物理学家简·里格比领导，天文台的运营项目科学家。

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