我们的银河系大约在 135 亿年前形成，但我们无法回到过去看看它是如何形成的。虽然对银河系古代恒星的观测和模拟提供了一些线索，但并没有让天文学家直接看到它形成时的样子。因此，天文学家需要通过研究与银河系类似的其他星系来探索银河系的起源。

在《自然》杂志上发表的一项新研究中，一个国际研究小组使用韦伯太空望远镜（JWST）探测了一个遥远的星系。他们发现这个星系的质量与早期宇宙形成后不久银河系的预期质量相似。确实，为理解银河系的起源提供了新的线索。

引力透镜放大的遥远星系

当天文学家观察遥远的星系时，他们看到的是星系很久很久以前发出的光。当光穿过宇宙时，它的波长会随着空间的膨胀而被拉伸，使光看起来比最初发射时更红，这种现象称为宇宙红移。光波长的变化（红移）告诉我们光在宇宙中传播了多远，也反映了光发射时宇宙的年龄。

在新研究中，研究人员利用 JWST 观测了一个遥远的星系，测得其红移为 8.296，这意味着该星系是在宇宙诞生后 6 亿年内形成的。他们称这个星系为“萤火虫闪闪”。

“萤火虫之光”和两个附近的伴星系。 （照片/NASA、ESA、CSA、STScI、Chris Willott（加拿大国家研究委员会）、Lamiya Mowla（韦尔斯利学院）、Kartheik Iyer（哥伦比亚大学））

事实上，JWST已经观测到了许多红移不小于8的星系。但由于光线在很远的距离处变得微弱，通常只能观测到最亮的星系，而这些星系的结构往往很难确定。

不过，这一次，JWST成功捕捉到了“萤火虫之光”星系的许多细节。这一突破不仅归功于 JWST 在红外波段的高分辨率，还归功于一种称为引力透镜效应的自然现象。

当来自遥远物体的光穿过宇宙时，如果光经过一个巨大的物体（例如星系团），光的路径就会弯曲。如果一个星系团恰好位于地球和一个遥远天体之间，那么星系团就会像一个透镜一样，使光线偏转和聚焦，从而放大遥远的天体。这就是引力透镜效应。

引力透镜效应：当遥远星系发出的光经过地球和星系之间的巨大星系团时，星系团强大的引力会扭曲空间和时间，因此光的路径也会弯曲。 （照片/L. Hustak，STScI）

研究人员发现，“萤火虫之光”与地球之间存在着一个巨大的星系团，扮演着“宇宙放大镜”的角色。引力透镜效应扭曲并放大了“萤火虫”发出的光，使天文学家能够观察到这个遥远星系的一些细小而微弱的特征。如果没有引力透镜，这些细节几乎不可能被探测到，因为来自遥远星系的光通常非常暗淡。

闪烁的星团

在 JWST 拍摄的图像中，首先引起研究人员注意的是多个闪烁着不同颜色光芒的星团。这种闪烁通常代表极其聚集、复杂的物体。这就是“萤火虫”绰号的由来，因为这些星团发出的光就像夏夜里飞舞的萤火虫。

《萤火虫之光》中的10个星团。 （照片/Mowla 等人/《自然》）

在引力透镜的作用下，“萤火虫之光”被扭曲成长弧形结构，因此研究人员很容易识别出10个不同的星团。这些星团贡献了银河系的大部分光线，研究小组对每个星团进行了深入分析。

光谱数据显示这些星团中存在热气体的迹象，这是恒星形成区域中的一种不寻常现象，表明强大的能源正在将能量注入气体中。根据这些观测结果，研究人员推测，“萤火虫之光”发出这些光时正处于大规模恒星形成的活跃时期，而且诞生的大质量恒星数量远多于传统模型预测的数量。这一发现表明这些恒星可能是在极端环境中形成的，为理解银河系的形成过程和早期宇宙恒星形成的物理机制提供了线索。

去除了引力透镜效应的星系

此外，研究人员还模拟了“萤火虫之光”在没有受到引力透镜效应拉伸和扭曲的情况下的外观，发现它看起来像一个拉长的雨滴——有两个星团位于“雨滴”的顶部底部有八个星团。

艺术家对辉光星系的印象，描绘了如果它没有被引力透镜拉伸和扭曲的话，它会是什么样子。 （照片/NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford (STScI)。科学：Lamiya Mowla（韦尔斯利学院）、Guillaume Desprez（圣玛丽大学））

模拟表明，活跃形成的星团被来自其他尚未识别的恒星的漫射光包围。看来这个星系正处于“组装”阶段。另外，从这个星系的形状来看，它的恒星还没有在中心形成一个凸起，或者形成一个薄而平坦的圆盘——这些特征表明这个星系仍然处于形成过程中。

来自 JWST 的数据显示，萤火虫是一个低质量星系，花了数十亿年才形成其完整的质量和形状。目前，JWST 探测到的大多数其他星系都没有被放大或拉伸，因此天文学家无法单独解析它们的“构件”。但“萤火虫之光”的存在让天文学家能够目睹星系“一砖一瓦”组装的过程。

闪亮的伴侣星系

同时，研究人员还发现“萤火虫之光”附近存在两个具有相同红移的邻近星系。其中一颗距离“萤火虫之光”只有6500光年，而另一颗距离“萤火虫之光”则有42000光年。

在星系尺度上，这个距离并不算太远。相比之下，完全形成的银河系大约有 100,000 光宽——足以容纳萤火虫及其两个伴星系。研究人员认为，这两个伴星系不仅非常接近，而且可能互相绕行。

研究人员表示，虽然他们无法预测这个“尚未完全组装”的星系在数十亿年的时间里将如何演化和形成，但他们相信这对伴星系很可能在未来数十亿年里影响“萤火虫”。 “火之光”集体形成。

每当一个星系经过另一个星系时，气体就会冷却并凝结，导致新的恒星团形成，最终增加星系的质量。天文学家长期以来一直推测，早期宇宙中的星系是通过与其他较小星系的连续相互作用和合并而形成的。现在，通过观察“萤火虫”，天文学家可能正在目睹这一过程的发生。

#主创团队：

编译：富士北斗

排版：文文