韦布望远镜发现宇宙最早星系一片混乱

由剑桥大学研究人员领导的团队，对宇宙年龄在8亿至15亿岁时存在的250多个年轻星系进行了研究。通过追踪这些星系内部气体的运动，他们发现多数星系极不稳定，充满气体和恒星团块，而非像银河系等成熟星系那样具有平滑的旋转盘结构。

### 从宇宙混沌到有序
这项发表在《皇家天文学会月刊》上的研究结果表明，随着宇宙的演化，星系逐渐从混乱结构过渡到稳定结构。在宇宙历史的早期阶段，剧烈的恒星形成和引力作用强烈搅动气体，导致许多星系难以稳定旋转。

“我们看到的不只是少数特殊的异常星系——这是我们首次能够同时观测整个星系群体。”该研究第一作者、剑桥大学卡文迪许宇宙学研究所的洛拉·丹海夫表示，“我们发现了巨大的差异：有些星系开始形成有序的旋转结构，但大多数仍然处于混沌状态，气体膨胀并向各个方向运动。”

为了研究这些遥远的星系，研究人员使用了詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的近红外相机（NIRCam），并采用了一种特殊的“光栅模式”，该模式可记录来自电离氢气的微弱光线。丹海夫开发了新软件来解码复杂数据，并将其与其他JWST观测的图像相结合，以追踪每个星系内部气体的运动。

“此前的研究结果表明，大质量、结构有序的盘状星系在很早的时候就已形成，这与我们的模型不符。”该研究的合著者、卡文迪许宇宙学研究所和卡文迪许实验室的桑德罗·塔切拉博士说，“但通过观测数百个恒星质量较低的星系，而非仅一两个，我们看到了更完整的图景，这与理论更加一致。早期星系更具湍流性，稳定性更低，通过频繁的合并和恒星形成爆发而成长。”

### 连接宇宙时代
“这项工作有助于填补再电离时代和所谓的‘宇宙正午’（恒星形成高峰期）之间的空白。”丹海夫（同时隶属于卡文迪许实验室）说，“它展示了星系的构成单元如何从混乱的团块逐渐转变为有序结构，以及像银河系这样的星系是如何形成的。”

该研究强调，JWST使天文学家能够以前所未有的细节研究星系动力学。未来的研究将把这些发现与对冷气体和尘埃的观测相结合，以更全面地理解宇宙首批星系的形成过程。

“这仅仅是个开始。”塔切拉说，“有了更多数据，我们将能够追踪这些湍流系统如何成长并成为我们今天看到的优雅螺旋星系。”

这项研究得到了英国皇家学会、欧盟以及英国研究与创新署（UKRI）下属的科学与技术设施委员会（STFC）的支持。JWST是美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）的国际合作项目。研究数据来自JWST先进深外星系巡天（JADES）。桑德罗·塔切拉是剑桥大学圣埃德蒙学院研究员，洛拉·丹海夫是数据密集型科学博士培训中心（CDT）的博士生。