天文學(xué)家利用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了燭龍星系，這是已知最遙遠(yuǎn)的螺旋星系，它存在于大爆炸后僅十億年。出乎意料的是，燭龍星系已經(jīng)呈現(xiàn)出成熟的、類似銀河系的結(jié)構(gòu)，這表明旋臂和有序的星系形態(tài)的出現(xiàn)時(shí)間遠(yuǎn)早于此前的認(rèn)知。
燭龍星系（Zhúlóng）的圖像，這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的螺旋星系。它擁有清晰可見的旋臂、中央老核球和一個(gè)巨大的恒星形成盤，其結(jié)構(gòu)與銀河系相似。該星系是在全景巡天（PANORAMIC Survey）項(xiàng)目下發(fā)現(xiàn)的——這是一項(xiàng)利用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的廣域成像巡天。圖片來源：NOIRLab/NSF/AURA/NASA/CSA/ESA/M. Xiao（日內(nèi)瓦大學(xué)）/G. Brammer（尼爾斯·玻爾研究所）/D. de Martin 和 M. Zamani（NSF NOIRLab）
這項(xiàng)開創(chuàng)性的全景巡天（PANORAMIC）的發(fā)現(xiàn)不僅暗示著宇宙演化速度的加快，也為在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)更多意想不到的星系寶藏打開了大門。
由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF） NOIRLab天文學(xué)家克里斯蒂娜·威廉姆斯領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了迄今為止觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的螺旋星系。這個(gè)巨大的星系被命名為“燭龍”，取自中國(guó)神話中的章尾山之神，人面蛇身，渾身紅色，眼睛豎著長(zhǎng)。
“燭龍”形成于宇宙大爆炸后僅10億年。盡管在宇宙歷史上出現(xiàn)較早，但已展現(xiàn)出令人驚訝的成熟、有序的結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)是在“全景巡天”（PANORAMIC Survey）項(xiàng)目期間發(fā)現(xiàn)的，該項(xiàng)目是一項(xiàng)雄心勃勃的項(xiàng)目，利用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）進(jìn)行。
像我們銀河系這樣的螺旋星系在現(xiàn)代宇宙中很常見。然而，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)它們?cè)谠缙谟钪嬷袠O為罕見，這與認(rèn)為大型有序盤狀結(jié)構(gòu)和旋臂需要數(shù)十億年才能完全形成的理論相符。這使得燭龍星系成為一個(gè)非凡的發(fā)現(xiàn)：它不僅是迄今為止探測(cè)到的最古老的螺旋星系，也是最早的已知螺旋星系。
這張“燭龍”星系的圖像是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的螺旋星系，展現(xiàn)了其清晰可見的旋臂、中央的古老核球以及一個(gè)巨大的恒星形成盤，其結(jié)構(gòu)與銀河系相似。該星系是在全景巡天（PANORAMIC Survey）項(xiàng)目下發(fā)現(xiàn)的——這是一項(xiàng)由詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）進(jìn)行的廣域成像巡天。圖片來源：NOIRLab/NSF/AURA/NASA/CSA/ESA/M. Xiao（日內(nèi)瓦大學(xué)）/G. Brammer（尼爾斯·玻爾研究所）/D. de Martin & M. Zamani（NSF NOIRLab）
“燭龍”的發(fā)現(xiàn)源于“全景巡天”（PANORAMIC）項(xiàng)目，該項(xiàng)目是一項(xiàng)廣域成像項(xiàng)目，旨在補(bǔ)充即將進(jìn)行的大規(guī)模巡天。該巡天項(xiàng)目由日內(nèi)瓦大學(xué)（UNIGE）的克里斯蒂娜·威廉姆斯（Christina Williams）和帕斯卡爾·厄施（Pascal Oesch）共同領(lǐng)導(dǎo)，觀測(cè)數(shù)據(jù)由詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）收集。
這項(xiàng)研究的目的是利用 JWST 建立一個(gè)廣域成像調(diào)查，以補(bǔ)充未來基于 NOIRLab 的廣域調(diào)查，例如即將進(jìn)行的空間和時(shí)間遺產(chǎn)調(diào)查 (LSST)，該調(diào)查將使用 NSF-DOE Vera C. Rubin 天文臺(tái)進(jìn)行。
在這幅圖像的中心，隱約可見稠密的星系場(chǎng)，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的螺旋星系——燭龍星系。它擁有清晰可見的旋臂、中央的古老核球和一個(gè)巨大的恒星形成盤，與銀河系的結(jié)構(gòu)相似。該星系是在全景巡天（PANORAMIC Survey）——一項(xiàng)由詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）進(jìn)行的廣域成像巡天——中發(fā)現(xiàn)的。圖片來源：NOIRLab/NSF/AURA/NASA/CSA/ESA/M. Xiao（日內(nèi)瓦大學(xué)）/G. Brammer（尼爾斯·玻爾研究所）/D. de Martin & M. Zamani（NSF NOIRLab）
“廣域巡天對(duì)于發(fā)現(xiàn)稀有的大質(zhì)量星系至關(guān)重要，”發(fā)表該研究成果的論文合著者威廉姆斯說道?！拔覀兿Ｍ谟钪嬖缙诎l(fā)現(xiàn)大質(zhì)量、明亮的星系，以了解大質(zhì)量星系是如何形成和演化的，這有助于解讀它們演化的后期階段，這些階段將由LSST進(jìn)行觀測(cè)?！?/p>
燭龍星系擁有令人驚訝的成熟結(jié)構(gòu)，這在通常呈塊狀且不規(guī)則的遙遠(yuǎn)星系中獨(dú)樹一幟。它與鄰近宇宙中的星系相似，質(zhì)量和大小也與銀河系相似。其結(jié)構(gòu)顯示，中心有一個(gè)緊湊的凸起，其中充滿了年老的恒星，周圍環(huán)繞著一大片由年輕恒星組成的盤狀結(jié)構(gòu)，這些恒星聚集在螺旋臂中。
這一發(fā)現(xiàn)在多個(gè)方面都令人驚喜。首先，它表明，類似于我們鄰近星系的成熟星系在宇宙中形成的時(shí)間可能比此前認(rèn)為的要早得多。其次，長(zhǎng)期以來，人們一直認(rèn)為星系中的旋臂需要數(shù)十億年才能形成，但這個(gè)星系表明，旋臂也可以在更短的時(shí)間尺度上形成。在宇宙的早期階段，天文學(xué)家們還沒有發(fā)現(xiàn)過像燭龍星系這樣的星系。
“這個(gè)星系與我們的銀河系類似，是一個(gè)宏偉的螺旋星系，這真是令人興奮，”威廉姆斯說?！叭藗兤毡檎J(rèn)為，這種結(jié)構(gòu)在星系中形成需要數(shù)十億年，但燭龍星系表明，這也可能在短短十億年內(nèi)發(fā)生?！?/p>
像這樣的星系數(shù)量稀少，表明在宇宙的這個(gè)時(shí)期，螺旋結(jié)構(gòu)可能壽命很短。星系合并或其他在早期宇宙中更常見的演化過程可能會(huì)摧毀旋臂。因此，螺旋結(jié)構(gòu)在宇宙后期可能會(huì)更加穩(wěn)定，這也是它們?cè)谖覀兏浇Ｒ姷脑颉?/p>
PANORAMIC巡天的創(chuàng)新之處在于，它是詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡首批采用“純平行模式”的項(xiàng)目之一。這是一種高效的觀測(cè)策略，在詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的主相機(jī)指向其他方向時(shí)，第二個(gè)相機(jī)負(fù)責(zé)收集額外的圖像?！白鳛槭着谛滦屯h(yuǎn)鏡上使用新觀測(cè)模式的科學(xué)家之一，這絕對(duì)是一次冒險(xiǎn)，”威廉姆斯說道。
未來詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）和阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）的觀測(cè)將有助于確認(rèn)燭龍星系的性質(zhì)，并揭示更多有關(guān)其形成歷史的信息。隨著新的廣域河外星系巡天的持續(xù)進(jìn)行，天文學(xué)家有望發(fā)現(xiàn)更多類似的星系，從而為塑造早期宇宙的復(fù)雜過程提供新的見解。
編譯自/ScitechDaily
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