宇宙早期竟发现一个“年轻版银河系”

美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）凭借其探测极微弱、遥远光线的能力，让一项重大发现成为可能。研究人员拉希·贾恩（Rashi Jain）和尤格什·瓦达德卡尔（Yogesh Wadadekar）利用JWST强大的红外视觉，观测到一个与银河系极为相似的星系系统，尽管它形成于宇宙约为当前年龄十分之一的时候。他们将这个星系命名为“阿拉克南达”（Alaknanda），灵感源自喜马拉雅山脉的一条河流——它是恒河的两条主要源头之一，与曼达基尼河（Mandakini）并列，而“曼达基尼”在印地语中恰好也是“银河”的意思。这项研究由印度浦那的塔塔基础研究所国家射电天体物理中心（NCRA-TIFR）完成，成果发表在欧洲期刊《天文学与天体物理学》上。

### 为何这个星系不应在早期存在
天文学家通常认为，早期星系应呈现混乱、不规则的状态，而非结构稳定的样子。像具有两条形状完好旋臂的典型“宏象”螺旋星系，一般被认为需要数十亿年才能完全形成。这类星系的形成过程包括缓慢稳定的气体吸积、气体沉降为旋转盘状结构，以及密度波的出现以塑造旋臂。此外，星系系统还必须避免可能破坏其脆弱结构的重大碰撞。
但阿拉克南达完全不符合这一常规模式。它已展现出两条显著的舒展旋臂，环绕着明亮的中央核球，跨度约3万光年。其恒星形成速度也异常惊人，每年可形成相当于约60个太阳质量的恒星，速率约为如今银河系的20倍。更值得注意的是，阿拉克南达中约一半的恒星似乎是在仅2亿年内形成的，这在宇宙时间尺度上极为迅速。
“阿拉克南达具有我们通常与数十亿年老星系相关联的结构成熟度，”拉希·贾恩表示，“在这个时期发现如此组织有序的螺旋盘，说明驱动星系形成的物理过程——气体吸积、盘状结构沉降，甚至螺旋密度波的发展——其效率可能远高于当前模型的预测。这迫使我们重新思考现有的理论框架。”

### 引力透镜如何助力发现阿拉克南达
阿拉克南达出现在一个名为阿贝尔2744（Abell 2744）或“潘多拉星系团”的大质量星系团方向上。该星系团的引力会弯曲并放大其后方星系的光线，这种现象被称为“引力透镜效应”。这种自然的放大作用使阿拉克南达的亮度增加了约一倍，让JWST能更清晰地观测到其螺旋结构。
为深入研究该星系，贾恩和瓦达德卡尔分析了JWST通过多达21种不同滤镜拍摄的图像，每种滤镜都捕捉了星系光线的不同部分。这些观测是JWST的UNCOVER和MegaScience调查项目的一部分，使研究人员能以极高精度确定星系的距离、尘埃含量、恒星形成数量以及恒星形成率随时间的变化。

### 比预期成长更快的宇宙
JWST已在遥远距离发现多个令人惊讶的成熟盘状星系，但阿拉克南达作为经典宏象螺旋星系（具有两条清晰对称旋臂的星系）的早期清晰范例之一，显得尤为突出。它的存在进一步证明，早期宇宙比科学家曾认为的要先进得多。
“阿拉克南达表明，早期宇宙能够以远超我们预期的速度组装星系，”尤格什·瓦达德卡尔说，“不知何故，这个星系在短短数亿年内就聚集了100亿个太阳质量的恒星，并将它们组织成美丽的螺旋盘。以宇宙标准来看，这速度极快，迫使天文学家重新思考星系的形成方式。”
研究人员目前希望弄清阿拉克南达旋臂的形成原因。一种观点认为，稳定的冷气体流入使密度波自然形成旋臂；另一种可能是较小的伴星系近距离经过，触发了螺旋模式（尽管这种潮汐螺旋通常会迅速消失）。通过JWST的光谱仪器或智利的阿塔卡马大型毫米波阵列（ALMA）进行后续观测，有望揭示该星系盘是平稳旋转（动力学“冷”）还是存在湍流（动力学“热”），从而为其形成机制提供线索。

### 这一发现对理解宇宙历史的意义
阿拉克南达不仅仅是一张来自遥远过去的震撼图像，它的存在迫使天文学家重新评估宇宙演化的时间线，包括恒星、星系乃至地球这样的行星是如何形成的。如果星系能如此快速地自我组织，那么早期宇宙就是一个比之前假设的更加活跃和多产的环境，可能使行星系统的出现时间早于预期。
随着JWST继续深入探索太空和时间，预计会发现更多类似阿拉克南达的星系，每个都将为早期宇宙如何快速构建复杂结构提供新见解。阿拉克南达的存在进一步证明，年轻的宇宙能够比科学家认为的更早形成稳定的、以盘状为主的系统，使其成为迄今为止发现的最遥远的宏象螺旋星系之一。