天文學家利用詹姆斯韋伯太空望遠鏡發現了迄今為止所見最遙遠的靜止星系——該星系在宇宙大爆炸後僅 7 億年就停止了恆星形成。這對現有的星系演化模型提出了挑戰，因為這些模型無法解釋如此巨大的“紅色死亡”星系如何如此早地形成。

這個名為 RUBIES-UDS-QG-z7 的星系將超過 100 億個太陽品質壓縮到一個只有 650 光年寬的空間中，這表明當今巨型橢圓星系的緻密核心可能形成得非常早。

在早期宇宙中，星系通過從周圍的星系間介質中吸收氣體並將這些氣體轉化為新恆星而生長。隨著星系品質的增加，它可以更有效地吸引氣體，從而加速恆星的形成。但這種增長不會永遠持續下去。最終，星系會經歷一個稱為“淬滅”的過程，在此過程中，它們停止形成恆星並實際上停止生長。

如今，天文學家發現，宇宙中大約有一半星系不再形成恆星。這些星系被稱為靜止星系、熄滅星系或“紅色死亡星系”。它們之所以呈現紅色，是因為它們已經耗盡了年輕、熾熱、藍色的恆星，只留下年老、較冷、微紅色的恆星。

JWST/NIRSpec 拍攝的三個光譜疊加在 JWST/NIRCam 拍攝的圖像上，JWST/NIRCam 是詹姆斯韋伯太空望遠鏡上的兩個儀器。記錄星系顯示在中間。它在圖像中顯示為紅色，其光譜向左（短波長）減小。為了進行比較，頂部和底部的光譜（藍色和紫色）顯示了宇宙歷史中相似時期的典型恆星形成星系。來源：NASA/CSA/ESA、A. Weibel、PA Oesch（日內瓦大學）、RUBIES 團隊：A. de Graaff（MPIA Heidelberg）、G. Brammer（Niels Bohr 研究所）、DAWN JWST 檔案

靜止星系在品質最大的星系中尤其常見，這些星系通常呈橢圓形。這些星系通常需要很長時間才能形成，首先積累大量恆星群，然後恆星形成停止。然而，究竟是什麼原因導致星系熄滅仍然是天體物理學中最大的懸而未決的問題之一。

“在早期宇宙中尋找第一批大質量靜止星系 (MQG) 至關重要，因為它能揭示它們可能的形成機制，”日內瓦大學科學學院天文系副教授、論文合著者 Pascal Oesch 表示。因此，尋找這樣的系統多年來一直是天文學家的主要目標。

隨著技術的進步，尤其是近紅外光譜技術的發展，天文學家在越來越早的宇宙時代證實了大質量靜止星系 (MQG)。它們推斷的豐度一直難以與星系形成的理論模型相協調，因為理論模型預測此類系統需要更長的時間才能形成。借助詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (JWST)，這種緊張關係被推至紅移 5（大爆炸後 12 億年），近年來已證實了幾個 MQG。日內瓦大學領導的新研究表明，這些星系的形成時間比之前認為的更早、更快。

在 JWST 第 2 週期中，廣域計劃 RUBIES（紅色未知數：亮紅外河外星系調查）是歐洲主導的最大的使用 NIRSpec 儀器進行河外星系研究的專案之一，它已經獲得了數千個星系的光譜觀測數據，包括從早期 JWST 成像數據中新發現的數百個源。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 徹底改變了我們對早期宇宙的看法，揭示了巨大的星系在宇宙大爆炸後僅 7 億年就已停止形成恆星——比預測的要早得多。其強大的紅外能力使天文學家能夠在創紀錄的距離探測和研究這些意外“死亡”的星系。圖片來源：諾斯羅普·格魯曼

在這些新光譜中，科學家發現了迄今為止發現的最遙遠的 MQG，其光譜紅移為 7.29，距離大爆炸僅約 7 億年。NIRSpec/PRISM 光譜揭示了如此年輕的宇宙中恆星群的驚人古老。光譜和圖像數據的詳細建模表明，該星系在大爆炸後的前 6 億年內形成了超過 100 億（10 10）太陽品質的恆星，然後迅速停止恆星形成，從而證實了其靜止性質。

“這個名為 RUBIES-UDS-QG-z7 的星系的發現意味著，宇宙誕生後的前 10 億年中，巨大的靜止星系數量比迄今為止任何模型預測的數量多 100 多倍，”日內瓦大學理學院天文系博士生、論文第一作者 Andrea Weibel 說道。這反過來又表明，理論模型中的關鍵因素（例如恆星風的影響，以及由恆星形成和巨大黑洞驅動的流出強度）可能需要重新審視。星系的消亡比這些模型預測的要早得多。

最後，RUBIES-UDS-QG-z7 的物理尺寸很小，僅為約 650 光年，這意味著恆星品質密度很高，與紅移稍低的靜止星系（z ~2-5）中觀測到的最高中心密度相當。這些星系很可能演變成當地宇宙中最古老、品質最大的橢圓星系的核心。

“RUBIES-UDS-QG-z7 的發現首次提供了強有力的證據，證明一些附近的大品質橢圓星系的中心可能早在宇宙誕生的最初幾億年就已經存在，”RUBIES 專案首席研究員、海德堡馬克斯普朗克天文研究所博士後研究員兼論文第二作者安娜德格拉夫 (Anna de Graaff) 總結道。

編譯自/ScitechDaily