詹姆士·韋伯望遠鏡觀測到的宇宙寶石弧。圖片來源：ESA/Webb、NASA 和 CSA、L. Bradley（STScI）、A. Adamo（斯德哥爾摩大學）和宇宙之春合作組織。
天體物理學領域一直致力於解開恒星和星系的形成與演化之謎。最近，斯德哥爾摩大學的Angela Adamo博士領導的一項國際研究，借助詹姆士·韋伯太空望遠鏡（JWST），在再游離時代的年輕星系研究中取得了突破，揭示了宇宙寶石弧星系（SPT0615-JD）的獨特結構和形成歷史。
再游離時代與年輕星系
再游離時期（Epoch of Reionization, EoR）是宇宙演化過程中的關鍵時期，發生在大霹靂後的第一個十億年內。在此期間，宇宙中的中性氫氣被轉變為完全游離狀態，推動這一轉變的正是宇宙最早的星系。然而，研究這些早期星系的細節極為困難，因為需要觀測到極遠距離的物體。
重力透鏡效應
重力透鏡是一種重要的觀測手段。當一個大品質天體由於其強大的重力而彎曲其周圍的光路時，遠處物體的光被放大，使得天文學家可以觀察到更細微的結構。宇宙寶石弧星系就是透過這種效應被放大，使研究團隊首次能夠深入研究嬰兒星系內部較小的結構。
宇宙寶石弧中的映像星團放大圖。中間：星團的負片，其中標記了不同的星團。右：重力透鏡「後面」的星團。此影像是使用電腦模擬計算得出的。來源：ESA/Webb、NASA 和 CSA、L. Bradley（STScI）、A. Adamo（斯德哥爾摩大學）和宇宙之春合作組織
在這項研究中，研究團隊利用JWST上的近紅外相機（NIRCam）對宇宙寶石弧星系進行了觀測，發現了五個年輕的大品質星團。透過分析這些星團的光譜，確定這些恒星團受到重力束縛，恒星密度是本地宇宙中典型年輕恒星團的三倍。這些星團的形成時間約在最近5000萬年內，品質雖大但比球狀星團小得多。
早期星團的意義
發現這些星團對於理解球狀星團的形成方式和地點具有重要意義。球狀星團是極為古老的星團，目前已不再有恒星形成。透過研究早期宇宙中的這些年輕星團，科學家可以更好地了解球狀星團的起源和演化過程。
未來計劃
研究團隊計劃在未來構建一個更大的類似星系樣本，以建立最早星系中形成的星系團群體的人口統計數據。此外，他們還為下一輪JWST觀測制定了計劃，進一步詳細研究宇宙寶石弧星系和最近發現的星團。JWST計劃首席研究員、本文第二作者Larry Bradley博士表示，光譜觀測將使他們能夠在空間上繪制出整個星系的恒星形成率和游離光子產生效率。
斯德哥爾摩大學團隊的這項研究，透過JWST的高分辨率觀測和重力透鏡效應，首次揭示了再游離時代年輕星系內部的詳細結構。這一發現為解開恒星和星系的形成與演化之謎提供了重要的線索，同時也為未來的天體物理學研究奠定了基礎。透過進一步研究這些早期星系，科學家們有望更深入地了解宇宙的起源和演化歷程。
