由日本筑波大学数理物质系的桥本拓也助教和西班牙太空生物学研究中心组成的国际研究团队发布研究成果称，通过詹姆斯·韦伯太空望远镜和ALMA望远镜，成功捕捉到了目前已知最遥远的131.4亿光年外原始星系团中相当于密集大都市圈的“核心区域”。研究结果表明，多个星系聚集在一个狭窄的区域，导致了星系的迅速成长。此外，研究团队还通过模拟预测了星系大都市圈的未来，结果显示在数千万年内，这个星系大都市圈将形成一个更大的星系。相关成果已发表在国际学术期刊《The Astrophysical Journal Letters》9月13日号上。
基于星系形成模拟得到的天体成长结果。图中的浓淡色彩表示氧离子的光分布。（供图：桥本拓也助教；Credit：日本国立天文台）
上百个星系通过彼此的引力聚集而成的集合体被称为星系团，星系团被认为是宇宙中最大的结构之一。通过对距离地球较近的星系的观测得知，在星系密集的环境下，单个恒星的生命周期会迅速加快，这就是所谓的“环境效应”。另一方面，“环境效应”是从何时开始存在则一直未知。为了明确这一点，就必须要观测宇宙刚诞生时产生的星系团祖先。
星系团的祖先被称为原始星系团，是由约10个左右的星系组成的距离地球超过100亿光年的星系群，这种观测可以通过观测遥远的宇宙实现。另一方面，由于跨越数百亿光年到达地球的光波和无线电波会随着时间的推移而减弱，因此用于观测的望远镜必须具有高灵敏度和时间分辨率。
此次，研究团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对原始星系团（A2744z7p9OD）的核心区域进行了观测，结果在一个边长相当于银河系半径一半的36000光年的矩形区域内，成功从4个星系中检测到了电离氧离子光。这4个星系距地球的距离被测定为131.4亿光年。
此外，研究团队还分析了ALMA望远镜在该区域获得的尘埃发射无线电波的观测数据。结果，从4个星系中的3个星系检测到了尘埃发射出的无线电波。据悉，这是首次在如此久远的原始星系团中检测到尘埃。
上述发现表明，由于在这些星系中存在大量尘埃，所以明确了这些星系已经演化到了许多第一代恒星结束了生命的状态。
研究还表明，这些星系可以在数千万年之内合并演化为更大的星系，这对于宇宙演化来说是一个较短的时间尺度。
桥本助教表示：“我和研究团队的同事一起历经数月，运用多种方法分析了詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据。通过努力，当确定这4个星系的确切距离，并发现它们聚集在一个约为银河系半径的一半的狭窄区域时，大家都非常惊讶。今后，我们将继续组合使用詹姆斯·韦伯太空望远镜和ALMA望远镜来揭示宇宙初期星系的状态。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：The Astrophysical Journal Letters
论文：Reionization and the ISM/Stellar Origins with JWST and ALMA (RIOJA): The Core of the Highest-redshift Galaxy Overdensity at z = 7.88 Confirmed by NIRSpec/JWST
DOI：10.3847/2041-8213/acf57c
