可能是有史以來觀測到的最古老星系合併的宇宙碰撞現象，已經出現在詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 的影像中。照片揭示了在宇宙誕生後的最初 5 億年，古老星系即將相互碰撞。這次合併似乎比之前的記錄保持者提前了整整 3 億年。這項觀測結果在兩篇論文中進行了描述——一篇於 6 月初發表在《天體物理學雜誌快報》上，另一篇目前正在同行評審中——均由約翰·霍普金斯大學的研究生 Tiger Yu-Yang Hsiao 領導。
該專案的首席研究員 Dan Coe，大約十年前用哈勃太空望遠鏡首次發現了合併星系 MACS0647-JD。當時，它看起來只不過是一個紅色斑點。由於位於它和地球之間的大型星系團的扭曲和放大——一種稱為引力透鏡效應的現象，它在哈勃影像中出現了三次。根據其紅移——衡量宇宙膨脹導致其光線被拉伸到光譜紅色端的程度——MACS0647-JD 似乎是當時已知的最古老星系，儘管此後幾年已經觀察到更古老的星系。儘管如此，一旦 JWST 投入執行，巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的天文學家 Coe 就知道他必須再次觀察，並讓 Hsiao 分析新天文臺的資料。
儘管 MACS0647-JD 的名字不太吸引人，但它讓天文學家領略了宇宙誕生後最初 5 億年內形成的星系的多樣性。它令人驚訝的形狀看起來像一個不對稱的花生，兩端都有兩個星團，表明它很可能是兩個單獨形成的星系，然後開始融合為一個星系。這兩個星團——被樸實無華地命名為“A”和“B”——具有不同的顏色、塵埃量和恆星形成率。“A”星團更藍，基本上沒有塵埃，並且充滿了新生恆星，而“B”星團更紅、更多塵埃，並且相對缺乏新生恆星。進一步證實合併論點的是，“A”成分估計比其伴星系年輕數千萬年。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保未來能夠繼續講述有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
儘管如此，該物體仍有很小的可能性是一個不穩定的星系，它在不同時間形成了兩個星團。“如果你看到一個非常不對稱的星系，這通常表明最近發生了合併，”墨西哥國立自治大學副教授 Vicente Rodriguez-Gomez 說，他沒有參與新的論文。“然而，情況並非總是如此。星系也可能由於其他原因而不對稱。” 其中一個原因是某些星系中自然發生的團塊狀恆星形成歷史。即使在我們自己的銀河系中，也存在恆星和塵埃密度高於銀河系平均水平的星團。
Rodriguez-Gomez 和孟菲斯大學的助理教授兼觀測天文學家 Francisco Muller-Sanchez 都認為，該團隊的方法、結果和分析具有說服力，儘管他們都未參與這項研究。
Muller-Sanchez 指出，為了確切地知道 MACS0647-JD 的兩個部分是否正在接近碰撞，天文學家可以以更長、更紅的波長觀察該物體，以測量其分子氣體。“當你發生合併時，你通常會有潮汐尾——連線一個星系到另一個星系的氣體尾，”他說。“透過觀察分子氣體，你將獲得額外的確認，這將是一個非常有力的確認。”
對於這種觀測來說，理想的儀器將是位於智利的阿塔卡瑪大型毫米波陣列 (ALMA)，它是世界上最大的天文設施。但這並非可行方案：ALMA 觀測南半球，而 MACS0647-JD 位於北方的大熊座和小熊座之間。
無論 MACS0647-JD 是否正處於合併的邊緣，它註定會發生另一次合併。第三個由恆星和氣體組成的成分，與主要物體分離約 3,000 秒差距（9,800 光年），看起來受到引力束縛，最終會墜入其中。
發現像這樣的明顯三重合並令人興奮，但並不意外。根據大多數模型，天文學家預計，當我們越早觀察宇宙時，就會發現越來越多的星系相互碰撞，至少在宇宙大爆炸後約 2.7 億年內是這樣。Coe 提到，JWST 高階深空外星系巡天比 哈勃超深空覆蓋了更廣闊的區域和更詳細的資訊，並且已經發現了哈勃錯過的許多遙遠星系，所有這些星系都與 MACS0647-JD 處於相同的宇宙時期。其中許多星系，在仔細檢查後，可能會被揭示為與 MACS0647-JD 一樣古老或更古老的星系合併。JWST 對最早星系的觀測已經開始為我們描繪宇宙如何演化併成為今天的樣子新增新的細節。