打破纪录！詹姆斯韦伯望远镜拍摄到330亿光年外的星系

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　　詹姆斯韦伯望远镜（以下简称JWST ）正式观测到一个距大爆炸仅 3.2 亿年的星系：其年龄仅为当前宇宙年龄的 2.3%。
　　来源：NASA、ESA、CSA
　　这张 JADES 巡天（JWST 高级河外深度巡天）的注释旋转图像展示了最遥远星系的新宇宙记录保持者：JADES-GS-z13-0，它的光来自 z=13.2 的红移那时宇宙只有 3.2 亿年。
　　关键要点 尽管哈勃之前向我们展示了宇宙深处的远方，但它从根本上是有限的，无法看到大爆炸后 4 亿年后的情况。
　　JWST 的设计在一定程度上是为了超越这些限制，但为了了解哪些天体确实是最早、最遥远的天体，需要对光谱进行长时间的观察。
　　JWST 的数据揭示了 JADES 调查中的第一个超遥远星系，其中最遥远的星系打破了哈勃的旧记录：可能是许多新记录中的第一个。
　　JWST终于打破了距离最远星系的记录。
　　JADES 调查的观测区，以及在该视野内验证的四个最遥远的星系。z = 13.20、12.63 和 11.58 处的三个星系都比之前的记录保持者 GN-z11 更远，后者已被哈勃望远镜确认。
　　星系JADES-GS-z13-0距地球 330 亿光年，是迄今为止观测到的最远天体。
　　任何星系在 138 亿年前的热大爆炸开始后发出的光，只要在目前大约 461 亿光年以内，到今天就会到达我们这里。  但是来自最早、最遥远星系的光将被中间物质阻挡，并被膨胀的宇宙红移。两者都对探测提出了严峻挑战，这就是为什么即使在最偶然的情况下，哈勃望远镜也无法看到超过 11 的红移。但JWST 已经打破了该记录。
　　它的光是在大爆炸后仅 3.2 亿年发出的。
　　宇宙历史示意图，突出显示再电离。在恒星或星系形成之前，宇宙充满了挡光的中性原子，这些原子在宇宙形成约 38 万年时形成。  宇宙的大部分直到 5.5 亿年后才重新电离，一些区域更早实现完全再电离，而其他区域则更晚。第一波主要的再电离波开始发生在大约 2 亿年的年龄，而一些幸运的恒星可能在大爆炸后仅 50 到 1 亿年形成。有了正确的工具，比如 JWST，科学家开始探索比以前任何其他工具都可能实现的更遥远的星系。
　　我们正在回顾 135 亿年前：宇宙年龄只有当前年龄的 2.3%。
　　（图片来源：M. Boylan-Kolchin，MNRAS 提交，2022 年）
　　在特定空间体积内找到具有特定红移/亮度组合的星系的概率，颜色编码表示可能性。最早的 JWST 星系候选者（在 z > 10），其中一些现已得到验证，对于我们宇宙中应该存在的东西与我们正在发现的大而明亮的大质量星系相比，它们并没有造成太大的问题在更温和的 (10 > z > 6) 红移。
　　这远远超过了哈勃的极限。
　　（图片来源：NASA、ESA、P. Oesch 和 B. Robertson（加利福尼亚大学圣克鲁斯分校）和 A. Feild (STScI)）
　　只是因为这个遥远的星系 GN-z11 位于星系间介质大部分再电离的区域，哈勃望远镜现在才能向我们展示它。为了看得更远，我们需要一个比哈勃望远镜更好的望远镜针对这些类型的探测进行优化。尽管银河系看起来很红，但这只是由于宇宙膨胀的红移效应。  从本质上讲，银河系本身是非常蓝的。其他高红移星系候选者尚未通过光谱确认。
　　哈勃望远镜小巧且波长范围有限。
　　在 50 天的时间里，总观测时间超过 200 万秒（相当于整整 23 天），哈勃极限深场 (XDF) 是根据先前的哈勃超深场图像的一部分构建的。XDF 结合了从紫外线到可见光再到哈勃近红外极限的光，代表了人类对宇宙最深的看法：一项一直保持到被 JWST 打破的记录。在红色方框中，哈勃望远镜没有观测到任何星系，JWST 的 JADES 巡天显示了迄今为止距离最远的星系：JADES-GS-z13-0。
　　JWST 克服了所有这些限制，同时包括一个高级光谱仪。
　　哈勃和詹姆斯望远镜对比
　　JWST 现在已全面投入使用， 它的聚光能力是哈勃望远镜的七倍，不但能够看到更远的光谱红外部分，而且还能探索那些比哈勃望远镜所能看到的更早存在的星系，因为它的更长的波长能力和更低的工作温度。  在再电离时代之前看到的星系群应该大量被发现，包括哈勃旧宇宙距离记录的破灭。
　　通过将光分解成各个波长，JWST 可以看到吸收光和透射光。
　　JADES 和 JWST NIRSpec 仪器获得的光谱，用于 JADES 调查迄今为止发现的四个最遥远的星系。此处为四个星系中的每一个星系可靠地确定的莱曼断裂特征毫无疑问地确定了距离和红移，使 JADES-GS-z13-0 成为新的宇宙记录保持者。
　　使用 NIRCam 和 NIRSpec 仪器，它开始进行 JADES 调查。
　　这张图片显示了 JWST 高级河外深度调查 (JADES) 的研究区域。该区域包括并包含哈勃极深场，并揭示了哈勃望远镜无法看到的新的、破纪录的遥远星系。
　　JADES——JWST 先进的河外深度调查——最终将结合数百小时的观测。
　　莱曼断裂特征的光谱识别在所有四个超远星系中都存在并且很容易看到，JWST 识别的星系证实了它们的红移和距离。这使得前三个星系成为所有星系中距离最远、经光谱学证实的星系。随着时间的推移和观察的继续，JWST 应该会继续延长这一记录。
　　每当微弱的红色星系在波长上显示出临界＂截止＂时，就可以测量它们的距离/红移。
　　光谱学（上图）、与详细模拟的可能性比较（中图）和光度学（下图）的组合都已被用于确定最遥远星系 JADES-GS-z13-0 的距离和特性。 进一步的分析排除了其他谱线的可能性，包括碳、氧和巴尔默断裂，确保这个星系确实在 135 亿年前向我们发射光。
　　JADES-GS-z13-0 的红移为 13.2——这意味着观测到的光比发射波长长 1320%——打破了哈勃的旧记录。
　　（图片来源：NASA、ESA、CSA 和 STScI）
　　JWST 的第一张深场图像中确定的最遥远的星系并没有打破哈勃的宇宙记录，但展示了光谱学的力量，揭示了这个物体无可争议的距离和红移。现在，这些技术正被用于识别更深的物体，具有更好的、更长期的 JWST 观测。
　　同一视场中的三个相似的、距离几乎相同的星系加强了该星系稳健性的观测案例。
　　迄今为止，被确定为 JADES 一部分的四个最遥远的星系包括三个超过哈勃先前设定的＂最遥远星系＂阈值的星系。由于目前采集的 JADES 数据不超过总数据的四分之一，在未来的几个月和几年里，这一记录可能会再次下降，也许是多次下降。
　　JADES专门设计用于利用JWST 仪器的独特功能。
　　（图片来源：C. Williams 等人，ApJ，2018 年）
　　这是使用 JAGUAR 和 NIRCam 图像模拟器 Guitarra 在 JADES Deep 程序的预期深度生成的模拟 JWST/NIRCam 马赛克。在 2022 年初，科学家们指出，在其科学运作的第一年，JWST 可能会打破哈勃望远镜在其 32 年（并且还在计算）生命周期中创造的许多记录，包括最遥远星系和最遥远恒星的记录。前者刚刚实现。
　　随着观测时间的增加，韦伯望远镜会为我们展示更暗、更远的星系，甚至打破这个新记录。
　　哈勃极深场的一部分已经拍摄了 23 天，这与 James Webb 在红外线中预期的模拟视图形成了对比。随着COSMOS-Web和PANORAMIC等大面积拼接的出现，后者利用了纯平行观测的优势，即将到来，我们不仅要打破最遥远星系的宇宙记录，还要了解宇宙中最早的发光物是什么。