由早稻田大学理工学术院的井上昭雄教授、千叶大学先进科学中心的大栗真宗教授、名古屋大学研究生院理学研究科的田村阳一教授、筑波大学数理物质系的桥本拓也助教、瑞典斯德哥尔摩大学的Angela Adamo博士以及美国空间望远镜研究所（STScI）等组成的国际研究团队发表研究成果称，利用詹姆斯·韦布空间望远镜在距地球133亿光年的星系中，成功发现了迄今已知最遥远的、形成于宇宙年龄4亿6千万年的星团。这一发现有助于阐明球状星团的诞生机制，同时为研究星系演化中至关重要的大质量恒星和黑洞种子（黑洞的初始物质或原始状态）的形成提供了新视角。相关成果已于6月24日发表在国际学术期刊《Nature》上。
图1. 此次发现的星团（图片来源：ESA/Webb, NASA & CSA, L.Bradley, A.Adamo）
在地球所在的银河系中，有一种在数十亿年间通过自身引力保持着集团状态，并一直持续至今的“球状星团”。球状星团被认为是宇宙初期诞生的天体，但它们形成于何时何处，此前并不为人所知。
詹姆斯·韦布空间望远镜是美国国家航空航天局（NASA）于2021年发射升空的，主镜口径6.5米的巨型空间望远镜。2022年起正式投入使用，使得对遥远宇宙的高灵敏度观测成为可能。
在本次观测中，研究团队在形成于宇宙大爆炸后4亿6千万年的星系——SPT0615-JD1（又称“Cosmic Gems arc”）中发现了5个极其紧凑的星团。
这一发现得益于SPT-CL J0615-5746这一前景星系团所引起的引力透镜效应，使观测对象的长边放大了约一百倍从而被观测到。引力透镜效应是指由于星系的集团——星系团的巨大引力，使背景中遥远星系发出的光线发生弯曲，星系被放大，从而看起来很亮，或者看起来分裂成多个影像的现象。
此次发现的星团是迄今已知距地球最遥远的星团，研究表明，其质量超过银河系的球状星团，且恒星的数密度非常高。
在宇宙大爆炸刚刚发生时，气体由于高温而处于电离状态，但随着宇宙膨胀，温度降低，气体一度变为中性。随后，第一代天体和星系的形成释放了强烈的紫外线，这被认为使气体在宇宙诞生后10亿年左右的时间内再度发生了电离。这一现象被称为“宇宙再电离”。
此次发现的星团可能就是引起宇宙再电离现象的紫外线放射源之一。
井上教授表示：“未来，我们计划使用詹姆斯·韦布空间望远镜对这个天体进行详细的光谱观测。我们希望进一步研究早期宇宙中星团和星系形成的机制。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature
论文：Bound star clusters observed in a lensed galaxy 460 Myr after the Big Bang
DOI：doi.org/10.1038/s41586-024-07703-7
