詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現了一個在宇宙早期誕生的銀河系雙胞胎

美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）能夠探測到微弱且非常遙遠的光，使這一發現成為可能。通過其強大的紅外視覺，研究人員 Rashi Jain 和 Yogesh Wadekar 觀察到了一個與銀河系非常相似的系統，儘管它形成時宇宙的年齡約為當前年齡的十分之一。他們將星系命名為阿拉卡南達 (Alaknanda)，靈感來自於喜馬拉雅河，喜馬拉雅河是恒河的兩條主流之一，與曼達基尼河 (Mandakini River) 一起，這個名字恰好也是印地語中銀河系的意思。

這項工作是在印度浦那塔塔研究所國家射電天體物理中心 (NCRA-TIFR) 進行的，結果發表在《歐洲雜誌》上。 天文學和天體物理學。

為什麼這個星係不應該很早就存在？

天文學家通常預計早期星系會顯得混亂和不規則，而不是有序和穩定。具有形狀良好的臂的經典螺旋星系（稱為“大設計”螺旋）被認為需要數十億年才能完全演化。這樣一個星系的​​形成涉及氣體緩慢而穩定的吸積，氣體沉降到旋轉盤中，以及形成旋臂的密集波的出現。此外，該系統必須避免可能破壞或破壞其脆弱結構的重大碰撞。

Alaknanda 根本不符合這種模式。它實際上顯示出兩條突出的、寬闊的手臂，圍繞著一個明亮的中央凸起，延伸了大約 30,000 光年。它們還以驚人的速度形成恆星，每年產生的質量相當於約 60 個太陽。這個速度比今天的銀河系快大約20倍。阿拉卡南達近一半的恆星似乎是在短短 2 億年內形成的，這在宇宙時間尺度上是非常快的。

“阿拉卡南達的結構成熟度與我們認為的數十億年前的星係有關，”拉希·賈恩說。 “在這個時代發現如此組織良好的螺旋盤告訴我們，驅動星系形成的物理過程——氣體吸積、盤穩定，或許還有螺旋密度波的演化——可以比當前模型預測的更有效地運行。它迫使我們重新思考我們的理論框架。”

引力透鏡如何幫助揭示阿拉卡南達

Alaknanda 出現在一個名為 Abell 2744 或潘多拉星團的巨大星系團的方向。星團的引力會彎曲並放大來自其後面星系的光線，這被稱為引力透鏡效應。這種自然放大使阿拉卡南達顯得明亮約兩倍，使詹姆斯·韋伯太空望遠鏡能夠更清晰地看到其螺旋結構。

為了深入研究星系，Jain 和 Wadekar 檢查了通過多達 21 個不同濾光片拍攝的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡圖像，每個濾光片捕獲了單獨的光線切片。這些觀測結果是 JWST 進行的 UNCOVER 和 MegaScience 調查的一部分，使研究人員能夠以極高的精度確定星系的距離、包含多少塵埃、形成了多少顆恆星，以及恆星形成率如何隨時間變化。

宇宙的增長速度超出預期

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡已經在很遠的距離上揭示了許多令人驚訝的成熟盤狀星系，但阿拉卡南達脫穎而出，成為大型經典螺旋設計（具有兩個對稱、輪廓清晰的旋臂的星系）最清晰的早期例子之一。它的存在增加了越來越多的證據表明早期宇宙比科學家之前認為的要先進得多。

尤格甚·瓦德卡 (Yogesh Wadekar) 表示：“阿拉克南達揭示了早期宇宙組裝星系的速度比我們預期的要快得多。” “不知何故，這個星系在短短幾億年的時間裡成功地積累了一百億個太陽質量的恆星，並將它們組織成一個美麗的螺旋盤。以宇宙標準來看，這速度非常快，並迫使天文學家重新思考星係是如何形成的。”

研究人員現在想要了解為什麼阿拉卡南達的旋臂被創造出來。一種想法是，冷氣體的穩定流動使得密度波自然形成旋臂。另一種可能性是，一個較小的伴星系距離足夠近，足以觸發螺旋模式，儘管這種潮汐渦旋通常很快就會消失。使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的光譜儀器或智利的阿塔卡馬大型毫米波陣列（ALMA）進行的後續觀測可以揭示圓盤是否平穩旋轉（動態冷）或顯示出湍流跡象（動態熱），從而為其形成提供線索。

這一發現對於理解宇宙歷史意味著什麼？

阿拉卡南達不僅僅是遙遠過去令人印象深刻的圖像。它的存在迫使天文學家重新評估宇宙演化的時間表，包括恆星、星係以及最終像地球這樣的行星是如何出現的。如果星系能夠如此迅速地自我組織，那麼早期宇宙是一個比之前假設的更加活躍和富有成效的環境，這可能使得行星系統比預期更早出現。

隨著詹姆斯·韋伯太空望遠鏡繼續深入研究空間和時間，可能會發現更多像阿拉卡南達這樣的星系，每個星係都提供了關於早期宇宙如何快速構建複雜結構的新見解。

阿拉卡南達的存在強化了這樣一種觀點，即年輕的宇宙能夠比科學家想像的更早地形成穩定的盤主導系統，使其成為迄今為止發現的最遙遠的螺旋星系之一。