观测到早期宇宙中星系“由内而外”的成长

天文学家们利用美国国家航空航天局/欧洲航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）观测到了早期宇宙中一个星系的“由内而外”的成长过程，这一时期距离大爆炸仅 7 亿年。

这个星系的规模比银河系小一百倍，然而在宇宙如此早期的阶段，它却成熟得令人诧异。

就如同一个大城市，这个星系的核心有着密集的恒星群，但在星系的“郊区”就没那么密集了。并且，像大城市一样，这个星系开始向外延展，恒星的形成在郊区加快了。

这是有史以来最早探测到的星系由内而外的成长情况。在韦伯出现之前，根本不可能在宇宙历史这么早的时期研究星系的成长。

尽管韦伯获取的图像只代表了某个时间点的瞬间情况，但由剑桥大学牵头的研究人员称，对类似星系展开研究能够帮助我们弄清楚它们是怎样从气体云演变成我们如今所观测到的复杂结构的。结果发表在《自然天文学》杂志上。

“星系在宇宙时间里是如何演化的这个问题，在天体物理学中是个重要的问题，”来自剑桥卡文迪什实验室的共同主要作者桑德罗·塔切拉博士说道。

“在过去的一千万年里，还有对于我们所在宇宙区域的星系，我们已经拥有了大量出色的数据。但如今有了韦伯望远镜，我们能够获取数十亿年前的观测数据，去探索宇宙历史最初的十亿年，这引发了各种各样的新问题。”

“我们如今所观测到的星系通过两种主要机制来生长：要么它们吸入或者积聚气体来形成新的恒星，要么它们通过与较小的星系合并来生长。在早期宇宙中是否存在不同的机制在发挥作用，这是一个尚未解决的问题，天文学家希望借助韦伯望远镜来加以解决。”

“‘你会预计星系从气体云在自身引力作用下坍缩开始，形成密度非常高的恒星核心，或许还有黑洞，’塔切拉说道。”

“‘随着星系的生长以及恒星形成的增多，这有点儿像一个旋转着的花样滑冰运动员：当滑冰运动员收起手臂时，他们就会聚集动量，并且旋转得越来越快。星系在一定程度上类似，后来从越来越远的距离积聚气体，从而使星系旋转加快，这便是它们经常形成螺旋状或者盘状的原因。’”

这个星系作为JADES（詹姆斯·韦伯太空望远镜高级河外星系巡天）合作项目的一部分被观测到

它有一个高度密集的核心，尽管相对年轻，但其密度却与当今拥有千倍以上恒星的大型椭圆星系相仿

恒星形成活动在星系外围急剧增强，原因是恒星形成向外扩散，导致星系规模增大

“韦伯对于我们天文学家具有如此变革意义的众多原因之一在于，我们如今能够观测到此前通过建模所预测的情况，”共同作者、卡文迪什的博士生威廉·贝克（William Baker）说道。“这就好比能够检查自己的作业。”

研究人员借助韦伯望远镜，从该星系在不同波长发出的光里提取信息，然后利用这些信息估算年轻恒星与老年恒星的数量，进而得出对恒星质量和恒星形成率的估计

由于这个星系极为紧凑，对星系的单个图像进行了“正向建模”，以此来考虑仪器效应。

通过运用包含气体发射和尘埃吸收相关规定的恒星族群建模方法，研究人员发现核心存在较老的恒星，而其周围的盘状部分正在经历极为活跃的恒星形成过程。

这个星系位于郊区的恒星质量大约每 1000 万年便会翻倍，这速度相当快：银河系的质量每 100 亿年才翻倍一次。

星系核心的密度以及较高的恒星形成率表明，这个年轻的星系富含形成新恒星所需要的气体，这或许反映了早期宇宙的不同状况。

“当然啦，这仅仅是一个星系，所以我们得知道当时其他星系在干啥，”塔切拉说道。