天文学家使用氧气确认最遥远星系的年龄

由名古屋大学和国家天文台的联合团队领导的一项新研究测量了一个非常遥远的星系的宇宙年龄。该团队使用ALMA射电望远镜阵列来探测大约97%的宇宙年龄的无线电信号。这一发现证实了詹姆斯韦伯太空望远镜发现的早期宇宙中存在星系。该研究发表在皇家天文学会的月刊上。

这个名为GHZ2 / GLASS-z12的星系最初是在JWST GLASS调查中发现的，这是一项观察遥远宇宙和大质量星系团后面的调查。这些观察结果由使用不同宽带滤色片的多个图像组成，类似于相机中的单独RGB颜色。对于遥远的星系来说，光需要很长时间才能到达我们，以至于宇宙的膨胀已经将这种光的颜色转移到可见光谱的红色端，即所谓的红移。因此，GHZ2 / GLASS-z12的红色帮助研究人员将其确定为他们观察到的遥远星系最令人信服的候选者之一。

在JWST观测的最初几周内发现了如此多的明亮遥远星系，这挑战了我们对最早星系形成的基本理解。然而，这些红色只表示一个遥远的星系，而可能是一个非常富含尘埃的星系，伪装成一个更遥远的物体。只有直接观测光谱线 - 用于识别存在的元素的星系光谱中存在的线 - 才能可靠地确认这些星系的真实距离。

在发现这些早期星系候选者后，名古屋大学和国家天文台的两名早期职业研究人员立即使用智利ALMA阵列的四十台射电望远镜寻找光谱线以确认星系的真实年龄。

ALMA指向GHZ2 / GLASS-z12，以JWST观测建议的预期频率寻找与氧气相关的发射线。由于其相对较短的形成时间尺度，氧气是遥远星系中典型的丰富元素，因此研究小组选择寻找氧气发射线以增加探测的机会。

通过结合其12米望远镜中的每一个的信号，ALMA能够探测到靠近星系位置的发射线。观测到的红移表明我们看到的银河系就在大爆炸后3.67亿年。

“詹姆斯韦伯太空望远镜的第一张照片揭示了许多早期星系，我们觉得我们必须使用地球上最好的天文台来测试其结果，”名古屋大学的主要作者Tom Bakx说。“作为一名观测天文学家，这是一个非常激动人心的时刻，我们可以跟踪观测状态，实时测试JWST结果。

“我们最初担心检测到的氧发射线和韦伯看到的星系之间位置的微小变化，”作者汤姆巴克斯指出，“但我们对观测结果进行了详细的测试，以确认这确实是一个强大的检测，很难通过任何其他解释来解释。

国家天文台的共同主要作者豪尔赫·扎瓦拉(Jorge Zavala)补充说：“明线发射表明，这个星系迅速用比氢和氦重的元素丰富了其气藏。这为我们提供了一些关于第一代恒星的形成和演化及其寿命的线索。我们看到的氧气和恒星发射之间的小距离也可能表明，这些早期星系遭受了剧烈的爆炸，将气体从星系中心吹到银河系周围的区域，甚至更远的地方。

“这些深ALMA观测提供了大爆炸后头几亿年内星系存在的有力证据，并证实了韦伯观测的惊人结果。JWST的工作才刚刚开始，但我们已经在调整早期宇宙中星系如何形成的模型，以匹配这些观测结果。韦伯和射电望远镜阵列ALMA的结合能力使我们有信心将我们的宇宙视界推向宇宙的黎明。

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