JD1星系的投影图像(插图)，它位于一个被称为Abell2744的明亮星系团的后面。来源:Guido Roberts-Borsani/UCLA);原始图片:NASA, ESA, CSA，斯威本理工大学，匹兹堡大学，STScI

一个国际研究小组证实了在早期宇宙中观测到的最微弱的星系JD1的存在。这一发现是用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜发现的，有助于理解宇宙的演化。JD1是典型的电离大爆炸后氢雾的星系，由于它的位置在一个星系团后面，它的光被放大了。大爆炸之后，宇宙膨胀并冷却到足以形成氢原子。由于第一批恒星和星系没有光，宇宙进入了一个被称为宇宙黑暗时代的时期。第一批恒星和星系是在几亿年后出现的，它们开始燃烧大爆炸留下的氢雾，使宇宙变得透明，就像今天一样。由加州大学洛杉矶分校的天体物理学家领导的研究人员证实了一个遥远而微弱的星系的存在，这种星系的光通常会穿过氢原子;这一发现将有助于他们理解宇宙黑暗时代是如何结束的。

由加州大学洛杉矶分校(UCLA)天体物理学家领导的一个国际研究小组证实了早期宇宙中最微弱的星系的存在。这个被称为JD1的星系是迄今为止发现的最遥远的星系之一，它是典型的那种星系，它燃烧了大爆炸遗留下来的氢原子雾，让光线穿过宇宙，形成了今天的样子。

这一发现是由美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜发现的，研究结果发表在《自然》杂志上。

宇宙生命的最初十亿年是其进化的关键时期。大爆炸之后，大约138亿年前，宇宙膨胀并冷却到足以形成氢原子。氢原子吸收来自年轻恒星的紫外线光子;然而，在第一批恒星和星系诞生之前，宇宙变得黑暗，进入了一个被称为宇宙黑暗时代的时期。几亿年后，第一批恒星和星系的出现使宇宙沐浴在高能紫外线中，这些紫外线开始燃烧或电离氢雾。这反过来又使光子能够穿越太空，使宇宙变得透明。

确定主宰那个时代的星系类型——被称为再电离时代——是当今天文学的一个主要目标，但直到韦伯望远镜的发展，科学家们缺乏研究第一代星系所需的敏感红外仪器。

加州大学洛杉矶分校博士后研究员、该研究的第一作者Guido Roberts-Borsani说:“到目前为止，用JWST发现的大多数星系都是明亮的星系，它们很罕见，并不被认为是早期宇宙中年轻星系的特别代表。”“因此，尽管它们很重要，但它们并不被认为是穿过所有氢雾的主要因素。

“另一方面，像JD1这样的超微弱星系数量要多得多，这就是为什么我们认为它们更能代表进行再电离过程的星系，让紫外线在空间和时间中畅通无阻。”

JD1如此暗淡，如此遥远，如果没有强大的望远镜和大自然的帮助，研究它是具有挑战性的。JD1位于附近一个被称为Abell 2744的大型星系团的后面，这些星系团的综合引力强度弯曲并放大了来自JD1的光，使它看起来比原来更大，亮度是原来的13倍。这种效应被称为引力透镜效应，类似于放大镜如何扭曲和放大其视野内的光;如果没有引力透镜效应，JD1很可能会被错过。

研究人员使用韦伯望远镜的近红外光谱仪NIRSpec获得了该星系的红外光谱，从而确定了它的精确年龄、与地球的距离，以及它在相对较短的生命周期中形成的恒星数量、尘埃和重元素的数量。

星系的引力放大和韦伯望远镜的另一种近红外仪器NIRCam的新图像的结合，也使研究小组以前所未有的细节和分辨率研究星系的结构成为可能，揭示了三个主要的细长的尘埃和气体团，它们正在形成恒星。研究小组利用新的数据追踪JD1的光线，追溯到它的原始来源和形状，揭示了一个紧凑的星系，只有136亿年历史的银河系等老星系的一小部分大小。

因为光到达地球需要时间，所以我们看到的JD1大约是133亿年前的样子，当时宇宙的年龄只有现在的4%左右。

加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授托马索·特鲁(Tommaso Treu)是这项研究的第二作者，他说:“就在一年前，在韦伯望远镜启用之前，我们甚至无法想象能证实这样一个微弱的星系。”“JWST和引力透镜的放大能力的结合是一场革命。我们正在改写宇宙大爆炸后星系是如何形成和演化的。”

参考:《用JWST观测宇宙黑暗时代中超暗星系的本质》作者:Guido Roberts-Borsani、Tommaso Treu、Wenlei Chen、Takahiro Morishita、Eros Vanzella、Adi Zitrin、Pietro Bergamini、Marco Castellano、Adriano Fontana、Karl Glazebrook、Claudio Grillo、Patrick L. Kelly、Emiliano Merlin、Themiya Nanayakkara、Diego Paris、Piero Rosati、Lilan Yang、Ana Acebron、Andrea Bonchi、Kit Boyett、Maruša bradakis、Gabriel Brammer、Tom Broadhurst、Antonello Calabró、Jose M. Diego、Alan Dressler、Lukas J. Furtak, Alexei V. Filippenko, Alaina Henry, Anton M. Koekemoer, Nicha Leethochawalit, Matthew A. Malkan, Charlotte Mason, Amata Mercurio, Benjamin Metha, Laura Pentericci, Justin Pierel, Steven Rieck, Namrata Roy, Paola Santini, Victoria Strait, Robert Strausbaugh, Michele Trenti, Benedetta Vulcani，王力帆，王欣和Rogier A. Windhorst, 2023年5月17日，Nature。DOI: 10.1038 / s41586 - 023 - 05994 - w