一位藝術家對早期宇宙中恒星暴增的星係的印象，這些星係通過宇宙網中的細絲被供給恒星形成的原材料。(圖片鳴謝:uux.cn/艾倫·m·蓋勒(Aaron M. Geller)，西北大學，CIERA + IT-RCDS)
（神秘的地球uux.cn）據美國太空網（基思·庫珀）：詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)在早期宇宙中發現的明亮星係可能是大質量恒星形成爆發的產物——這一事實很可能使星係比它們所在時代的預期更加明亮。這是研究人員得出的結論，他們使用計算機模擬來模擬這些星係如何形成並開始產生恒星。
當JWST在2022年夏天開始科學操作時，它對宇宙的深度觀測很快開始發現高紅移星係。這些星係似乎比天文學家以前見過的更早就存在於宇宙中。事實上，在宇宙不到4億年的時候，這些星係看起來比標準宇宙學模型預測的那個時代更加明亮。這導致有人聲稱，標準模型——描述星係開始很小，然後通過由宇宙網中暗物質的細絲和光環驅動的合並而分層增長——肯定是錯誤的。
“這些星係的發現是一個很大的驚喜，因為它們比預期的要亮得多，”西北大學的Claude-André Faucher-Giguère在一份聲明中說。“通常，一個星係因為大而明亮，但由於這些星係在宇宙黎明時形成，大爆炸後的時間還不夠長。這些巨大的星係是如何如此迅速地聚集在一起的？”
福徹-吉古爾是加州理工學院的郭超·孫領導的一個團隊的成員，他們一起模擬第一個星係是如何形成的。他們發現，JWST觀測到的星係不是很大，而是很亮，因為它們是在經曆了恒星形成的狂熱時期被觀測到的。模擬不僅成功地模擬了星係的亮度，還模擬了它們的豐度，這兩者都與JWST觀測到的完全匹配。
“一個係統不需要那麽龐大，”孫說。“如果恒星的形成是以爆發的形式發生的，它會發出閃光。這就是為什麽我們看到幾個非常明亮的星係。”
像這樣的恒星暴增並不罕見。天文學家甚至目睹它們在今天的星係中發生，有時是在與另一個星係發生碰撞時。這種合並可以導致分子氣體被攪動到引力占據主導地位，迫使氣體分裂和坍縮，同時形成一堆恒星。在早期宇宙中，環境仍然相當混亂，第一批星係可能沒有以均勻的速度吸積所有的恒星形成物質。

JWST發現了一些遙遠的，但在他們那個時代發光的星係。“z”數字指的是它們的紅移——紅移越高，我們看到它們的時間就越久遠，在這種情況下分別是134億年和135億年前。(圖片來源:uux.cn/NASA/ESA/CSA/T. Treu(加州大學洛杉磯分校))
“爆發式恒星形成在低質量星係中尤其常見，”福徹-吉古爾說。“我們認為發生的是恒星爆發形成，然後幾百萬年後這些恒星爆炸成為超新星。氣體被踢出(星係)，然後回落形成新的恒星，推動恒星形成的循環。”
在早期宇宙中，星係比現在小得多，部分是通過吸積星係間的氣體雲，但也通過與其他星係融合而增長。它們變得越大，引力就越大，達到可以抓住更多恒星形成物質的程度。這穩定了恒星形成的速度，今天像我們銀河係這樣的星係以更加平穩的速度形成恒星。
最重要的是，新模擬的結果符合標準宇宙學模型中描述的星係層級增長模型。
“我們的模擬顯示，星係在宇宙黎明前形成這種亮度沒有問題，”Faucher-Giguère說。
這些發現發表在10月3日的《天體物理學雜誌快報》上。