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NASA/STScI/CEERS/TACC/S. Finkelstein/M. Bagley/Z. Levay

擁有詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST，James Webb Space Telescope）獲得的早期數(shù)據(jù)的天文學(xué)家正在尋找大爆炸后僅數(shù)億年就存在的星系。哈佛大學(xué)和史密森天體物理聯(lián)合運(yùn)營(yíng)中心的天體物理學(xué)家Rohan Naidu和他的同事特別擅長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)這些宇宙遺跡。

7月，JWST的第一張圖片在地球上傳播了幾天后，Naidu和他的合作者展示了一篇在網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生回響的論文，在社交媒體上掀起了一股真正的熱潮。利用“望遠(yuǎn)鏡”的數(shù)據(jù)，研究人員宣布他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)被稱為GLASS-z13的最遙遠(yuǎn)星系的候選者。然后，甚至不到一周，許多研究小組就發(fā)現(xiàn)了越來越遙遠(yuǎn)的候選星系。

Naidu和同事在8月5日發(fā)表的一篇預(yù)印本論文中詳細(xì)介紹了另一個(gè)遙遠(yuǎn)的星系候選，該候選星系來自JWST早期發(fā)布的科學(xué)計(jì)劃之一，稱為CEERS-1749。這是一個(gè)非常明亮的星系，如果得到證實(shí)，它可能在大爆炸后2.2億年就存在了，也可能改寫我們對(duì)宇宙的理解。

但是這引起了一個(gè)明顯的悖論。

CEERS-1749可能是我們見過的最遙遠(yuǎn)的星系之一。或者它可能潛伏在離家更近的地方。從本質(zhì)上講，這些數(shù)據(jù)似乎表明了銀河系的兩個(gè)可能位置——如果沒有更多的觀察，我們將不知道哪一個(gè)是正確的。這使它在8月4日提交給arXiv的論文中獲得了“薛定諤星系候選者（Schrodinger's galaxy candidate）”的稱號(hào)。

Paper day!!! One of the most fascinating, potentially textbook-rewriting galaxies in the first JWST data. "Schrodinger's Galaxy Candidate: Puzzlingly Luminous at z≈17, or Dusty/Quenched at z≈5?" ????https://t.co/4NHq0OQ6QV pic.twitter.com/HpTP2xCDRd
— Rohan Naidu (@Rohan_Naidu) August 5, 2022

那么，像薛定諤這樣的星系（之所以用這個(gè)名字是因?yàn)樗菴EERS-1749有趣得多）怎么可能在兩個(gè)不同的地方呢？都是關(guān)于紅移（redshift）的。

為了確定星系的距離，天文學(xué)家研究光的波長(zhǎng)。具體來說，他們對(duì)一種稱為紅移的光現(xiàn)象感興趣。簡(jiǎn)而言之，離開遙遠(yuǎn)星系的光波會(huì)隨著時(shí)間的推移而拉伸，使電磁波譜向下移動(dòng)，使它們變得更紅。因此，離開薛定諤星系的紫外光不會(huì)以紫外光的形式到達(dá)地球。相反，它將被紅移到紅外線中，這對(duì)我們來說非常好，因?yàn)檫@正是JWST搜索的那種光。

JWST有各種濾光片，觀察不同波長(zhǎng)的紅外線。在研究薛定諤這樣的星系時(shí)，你可以像翻閱相冊(cè)一樣，快速瀏覽波長(zhǎng)。在最初的幾頁——更少的紅色波長(zhǎng)——你什么也看不到。然后，當(dāng)你穿過時(shí)，波長(zhǎng)變得更紅，一個(gè)星系的幽靈出現(xiàn)了。在相冊(cè)背面紅移波長(zhǎng)最多的地方，星系是一個(gè)清晰定義的物體。

紅移由參數(shù)z表示，z值越高表示對(duì)象越遠(yuǎn)。迄今為止已確認(rèn)的最遙遠(yuǎn)的星系之一，GN-z11，其z值為11.09。在薛定諤的例子中，研究小組稱其z值可能在17左右。這意味著這束光來自大約136億年前。

這也意味著我們可能需要重新思考我們的星系在宇宙早期是如何演化的模型——很久以前的星系不應(yīng)該如此明亮，至少根據(jù)我們目前用來解釋宇宙的模型。

研究小組認(rèn)為，有很好的環(huán)境證據(jù)表明薛定諤的z值可能在5左右，這意味著它的光年約為125億年。薛定諤周圍區(qū)域的其他星系都位于這個(gè)距離附近。甚至有可能薛定諤星系是其更大的鄰居之一的衛(wèi)星星系。

但是，另一組研究人員也從早期發(fā)布的數(shù)據(jù)中研究了這個(gè)完全相同的星系，并在同一天向arXiv發(fā)布了他們自己的結(jié)果。日本ALMA的天體物理學(xué)家Jorge Zavala和他的團(tuán)隊(duì)利用法國(guó)阿爾卑斯山和夏威夷的地球望遠(yuǎn)鏡提供的數(shù)據(jù)添加到JWST數(shù)據(jù)中。

Check out our new paper as part of the @ceers_jwst collaboration using data from #NASAWebb and #NOEMA! We study this very interesting galaxy that is only detected in the reddest filters of JWST/NIRCam.
1/n pic.twitter.com/ym9uSanlgA

— Jorge Zavala (@JorgZavala) August 4, 2022

他們得出結(jié)論，薛定諤可能是一個(gè)偽裝成高紅移星系的冒名頂替者，而實(shí)際上它是一個(gè)更近的塵埃星系，正在經(jīng)歷快速恒星形成。

也就是說，這些候選星系都還沒有被確認(rèn)為星系，而且它們的距離也需要被確認(rèn)。無論如何，CEERS-93316不太可能在這個(gè)記錄上保持很長(zhǎng)時(shí)間--隨著詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡繼續(xù)盯著宇宙深處，觀察時(shí)間越來越長(zhǎng)，它將發(fā)現(xiàn)更暗淡的星系和天體，幫助我們了解宇宙的早期階段。

文章來源：IEEE電氣電子工程師

IEEE Spectrum

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詹姆斯韋伯望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了打破現(xiàn)代理論的星系？