詹姆斯·韦伯太空望远镜揭示了宇宙中最古老的星团

一个天文学家小组利用詹姆斯-韦伯望远镜（JWST）识别了迄今为止发现的最遥远的球状星团。这些由数百万颗恒星组成的密集群体可能是包含宇宙中最早和最古老的恒星的遗迹。对韦伯第一深场图像的早期分析，描绘了一些宇宙中最早的星系，最近发表在《天体物理学杂志通讯》上。

这项工作是由一个加拿大天文学家团队进行的，包括来自多伦多大学文理学院邓拉普天文学和天体物理学研究所的专家。

邓拉普天文学与天体物理学研究所的博士后研究员Lamiya Mowla说："JWST是为了寻找第一批恒星和第一批星系而建造的，并帮助我们了解宇宙中复杂性的起源，如化学元素和生命的构件，"他是这项研究的共同主要作者，这项研究是由加拿大NIRISS无偏群调查（CANUCS）小组进行的。"韦伯第一深场的这一发现已经提供了对恒星形成最早阶段的详细观察，证实了JWST令人难以置信的力量。"

研究人员研究了位于韦伯第一深场的闪亮星系，并利用JWST确定它周围的五个闪亮物体是球状星团。图片来源：加拿大航天局，图片来自NASA、ESA、CSA、STScI；Mowla、Iyer等人，2022年

在精细的韦伯第一深场图像中，天文学家们很快就锁定了他们称之为"火花星系"的的天体。这个星系位于90亿光年之外，它的名字来自于它周围出现的黄红色小点的紧凑物体，研究人员称之为"火花"。研究小组确定，这些火花可能是正在形成恒星的年轻星团--诞生于大爆炸后30亿年的恒星形成高峰期，也可能是古老的球状星团。球状星团是一个星系萌芽时期的古老恒星集合体，包含了关于其最早形成和成长阶段的线索。

通过对其中12个紧凑物体的初步分析，研究小组确定其中5个不仅是球状星团，而且是已知的最古老的星团之一。

"来自JWST的第一批图像发现遥远星系周围的古老球状星团是一个令人难以置信的时刻--这是以前的哈勃太空望远镜成像所无法做到的，"邓拉普天文学与天体物理学研究所的博士后研究员、该研究的共同主要作者Kartheik G. Iyer说。

"由于我们可以在一系列的波长范围内观察到这些'火花'，我们可以对它们进行建模，并更好地了解它们的物理特性--比如它们的年龄有多大以及它们包含多少颗恒星。我们希望用JWST从如此遥远的距离观察球状星团的知识将刺激进一步的科学和搜索类似的物体。

天文学家利用引力透镜来研究非常遥远和非常微弱的星系。资料来源：美国国家航空航天局，欧空局和L. Calçada

银河系已知有大约150个球状星团，但是这些密集的星团究竟是如何形成的，以及何时形成的，人们并不十分清楚。天文学家们知道，球状星团的年龄可能非常大，但要测量它们的年龄却具有难以置信的挑战性。利用非常遥远的球状星团来确定遥远星系中第一批恒星的年龄，这在以前是没有的，只有在JWST上才有可能做到。

直到现在，天文学家还不能用哈勃太空望远镜看到火花星系的周边紧凑物体。这种情况随着JWST分辨率和灵敏度的提高而改变，在韦伯的第一张深场图像中首次揭示了该星系周围的小点，它被放大了100倍，这是由于一种叫做引力透镜的效应--前景中的SMACS 0723星系团扭曲了它背后的东西，很像一个巨大的放大镜。引力透镜产生了三个独立的"火花"图像，使天文学家能够更详细地研究这个星系。

研究人员将JWST的近红外相机（NIRCam）的新数据与哈勃景象望远镜的档案数据相结合。NIRCam使用较长和较红的波长探测微弱的物体，以观察超过人眼甚至哈勃太空望远镜可见的东西。由于星系团的透镜作用，以及JWST的高分辨率，这两方面的放大作用使得观察紧凑物体成为可能。

JWST上加拿大制造的近红外成像仪和无缝隙光谱仪（NIRISS）提供了独立的验证，即这些天体是古老的球状星团，因为研究人员没有观察到氧射线--这是正在积极形成恒星的年轻星团所发出的具有可测量光谱的发射物。NIRISS还帮助解开了"闪耀者"的三层光束图像的几何结构。

JWST的加拿大制造的NIRISS仪器在帮助我们理解"闪耀者"及其球状星团的三个图像是如何连接的方面至关重要，"圣玛丽大学的教授Marcin Sawicki说。他是加拿大天文学研究主席，也是这项研究的共同作者。 "看到对火花星系的几个球状星团进行了三次成像，使我们清楚地看到，它们是围绕着火花星系运行的，而不是简单地在它的前面偶然出现。"

JWST将从2022年10月开始观测CANUCS场，利用其数据来检查五个大规模的星系团，研究人员期望在其周围发现更多这样的系统。未来的研究还将对星系团进行建模，以了解透镜效应，并执行更有力的分析来解释恒星形成的历史。