观测到目前已知的最暗、最小、最原始的高红移星系

今天我想和大家分享一篇最新发表在《自然》杂志上的论文，题目是《JWST在宇宙黑暗时代看到的超暗星系的性质》。这篇论文是由来自多个国家和机构的研究人员合作完成的，他们利用了詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的强大能力，观测到了一颗位于 z = 9.79 的星系，也就是说，这个星系形成于大爆炸后仅 4.8亿年左右，处于宇宙黑暗时代的末期。

什么是宇宙黑暗时代呢？简单来说，就是宇宙中最早的一段时间，当时还没有恒星和星系的形成，只有中性氢气和微弱的背景辐射。这个时期持续了大约 4 亿年，直到第一代恒星和星系出现，并发射出紫外光子，逐渐使中性氢气电离，从而结束了宇宙黑暗时代，开始了再电离时期。这个过程对于理解宇宙的演化和结构非常重要，但是由于距离太远、信号太弱、干扰太多，我们很难观测到这些最早的光源。
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幸运的是，有了 JWST 的加入，我们有了更好的机会。JWST 是目前最先进的太空望远镜，它可以观测红外波段的光，从而突破地球大气层和尘埃的遮挡，看到更远更暗的天体。而且，由于宇宙膨胀的原因，那些最早的紫外光源发出的光在传播到我们这里时已经被红移到了红外波段，所以 JWST 正好可以捕捉到它们。

除了 JWST 本身的优势外，研究人员还利用了一种叫作引力透镜的现象，来增强他们的观测效果。引力透镜是指当一个大质量的天体在我们和一个遥远的天体之间时，它会弯曲周围的时空，从而把后面的天体的光像透镜一样放大和扭曲。通过这种方式，我们可以看到一些原本太暗太小的天体，甚至可以看到它们的多个像。

研究人员观测的目标星系就是这样一个例子。这个星系被命名为 JD1，它位于一个叫做 Abell 2744 的星系团的后面，被该星系团的引力透镜放大了 13 倍，并且形成了三个像，分别叫做 A、B 和 C。其中 B 是最亮的一个，也是研究人员用 JWST 进行光谱观测的对象。

通过光谱观测，研究人员确认了 JD1 的红移为 z = 9.79，也就是距离我们约 130 亿光年，同时也发现了一些其它的特征，比如它的紫外波段绝对星等为 MUV = -17.35，它的恒星质量为 10^7.19 M⊙，相当于太阳质量的 1550 万倍，它的金属丰度为 ≈0.6 Z⊙，相当于太阳金属丰度的 60%，以及它的形态非常紧凑和复杂，直径只有 ≈150 pc，相当于 500 光年。

这些特征让JD1成为了目前已知的最暗、最小、最原始的高红移星系之一，也是 JWST 首次发现和证实的高红移星系。这对于我们理解宇宙暗时代和再电离时期的物理过程有着重要的意义，因为 JD1 可能代表了那个时期占据主导地位的星系类型，它们虽然各自很暗，但是加起来却能提供足够的紫外光子来电离周围的氢气。不过，JD1 的紫外辐射是否能够逃逸出它所在的星系和星系团，以及它是如何形成和演化的，还有待进一步的观测和研究。