詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的最新難題?“薛定諤星系候選者”

據CNET報道,擁有詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 獲得的早期數據的天文學家正在搜尋大爆炸后僅幾億年就存在的星系哈佛大學和史密森尼天文物理中心的天體物理學家Rohan Naidu和他的同事特別擅長發現這些宇宙遺迹。

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就在7月JWST的第一張圖片被傳送到地球上的幾天後, Naidu和他的合作者發表了一篇在網絡上引起反響的論文,在社交媒體上掀起了一股真正的風潮。研究人員利用來自該望遠鏡的數據,宣布他們發現了一個有史以來最遙遠的星系的候選者,被稱為GLASS-z13。然後,甚至不到一個星期,一些小組就發現了更遠的候選星系。

那麼,研究人員有另一個候選星系也就不足為奇了。在8月5日發布的一篇尚未經過同行評審的預印本論文中,Naidu及其同事詳細介紹了另一個遙遠的候選星系,來自JWST的一個早期發布的科學項目,被稱為CEERS-1749。這是一個極其明亮的星系,如果得到證實,它在宇宙大爆炸后僅僅存在了2.2億年 — 而且它也可能改寫人們對宇宙的理解。

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但是有一個巨大的問題。CEERS-1749可能是我們見過的最遙遠的星系之一。或者它可能潛伏在離家更近的地方。從本質上講,這些數據似乎表明了這個星系可能存在的兩個地方–如果不進行更多的觀測,人們就不會知道哪一個是正確的。在8月4日提交給預印本存儲庫arXiv的論文中,這為它贏得了“薛定諤星系候選者”的稱號。

那麼,像“薛定諤星系候選者”怎麼會出現在兩個不同的地方?這都是關於紅移的。為了確定一個星系有多遠,天文學家們研究光的波長。具體來說,他們對一種被稱為紅移的光的現象感興趣。簡而言之,離開遙遠星系的光波會隨着時間的推移而被拉長,使光波在電磁波譜中向下移動,並使它們變得更加紅。因此,離開像“薛定諤星系候選者”這樣的星系的紫外光不會以紫外光的形式到達地球。相反,它將被紅移到紅外線中,這對我們來說很好,因為那正是JWST搜索的那種光。

JWST有各種過濾器,可以觀察到不同波長的紅外線。在檢查像“薛定諤星系候選者”這樣的星系時,你可以像翻閱相冊一樣翻閱這些波長的資料。在最初的幾頁–較少的紅色波長–你不會看到任何東西。然後,隨着你的翻閱,波長變得越來越紅,一個星系的“幽靈”出現了。在最紅移的波長里,在相冊的後面,星系是一個清晰的天體。

紅移是用參數z表示的,z值越高意味着天體越遙遠。迄今為止被證實的最遙遠的星系之一,GN-z11,其z值為11.09。在薛定諤的案例中,研究小組表示它的z值可能在17左右。這將意味着這束光來自大約136億年前的時代。

這也意味着研究人員可能需要重新思考關於星系在宇宙最早時期如何演化的模型–那麼久之前的星系不應該如此明亮,至少根據目前用來解釋宇宙的模型。

研究小組表示,有很好的環境證據表明“薛定諤星系候選者”的z值可能在5左右,這意味着它的光線大約有125億年的歷史。“薛定諤星系候選者”周圍區域的其他星系都位於這個距離左右。甚至有可能,“薛定諤星系候選者”是它的一個更大質量的鄰居的衛星星系。

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另一組研究人員也從早期發布的數據中研究了這個完全相同的星系,並在同一天在arXiv上發表了他們自己的結果。日本ALMA的天體物理學家Jorge Zavala和他的團隊用法國阿爾卑斯山和夏威夷的地基望遠鏡的數據補充了JWST的數據。

他們得出的結論是,“薛定諤星系候選者”可能是一個偽裝成高紅移星系的“騙子”,而它實際上是一個更近的、正在快速形成恆星的塵埃星系。

關於這個令人困惑的候選星系的工作還沒有完成。JWST已經能夠研究“薛定諤星系候選者”發出的光的強度,但我們需要更多的測量。特別是,光譜學將使天體物理學家能夠更準確地審視其紅移。現在唯一的障礙是時間 — 在世界各地的望遠鏡上獲得足夠的時間來研究這個候選星系並解決難題。