在这个领域里有超过2万个星系。这是詹姆斯韦伯太空望远镜在双鱼座和仙女座之间拍摄的照片。研究人员使用韦伯将他们的观测锚定在类星体J0100+2802上，这是一个活跃的超大质量黑洞，就像一个灯塔。它位于上面图像的中心，看起来很小，呈粉红色，有六个突出的衍射峰。类星体非常明亮，就像手电筒一样，照亮了它和望远镜之间的气体。研究小组分析了宇宙大爆炸后大约9亿年存在的117个星系，重点研究了类星体前方的59个星系。Credit: NASA, ESA, CSA, Simon Lilly(苏黎世联邦理工学院)，Daichi Kashino(名古屋大学)，Jorryt Matthee(苏黎世联邦理工学院)，Christina Eilers(麻省理工学院)，Rob Simcoe(麻省理工学院)，Rongmon Bordoloi (NCSU)， Ruari Mackenzie(苏黎世联邦理工学院)，Alyssa Pagan (STScI)， Ruari Mackenzie(苏黎世联邦理工学院)

　　洞穴潜水员配备了明亮的前灯，经常在我们脚下不到一英里的岩石中探索洞穴。即使你坐在上面的草地上，你也很容易完全不知道这些洞穴系统，因为你和洞穴探险者之间的岩石可以防止他们的头灯的光线干扰田园诗般的下午。

　　将这一愿景应用到公司中早期宇宙的条件，但从关注岩石转向关注气体。o宇宙大爆炸后仅仅几亿年，宇宙中充满了不透明的氢气，这些氢气捕获了来自恒星和星系的某些波长的光。在最初的10亿年里，气体变得完全透明——允许光线自由传播。长期以来，研究人员一直在寻找确凿的证据来解释这种翻转。

　　来自詹姆斯·韦伯太空望远镜的新数据最近利用宇宙诞生时存在的一组星系确定了答案只有9亿年的历史。这些星系中的恒星发出足够的光加热它们周围的气体，形成巨大透明的“气泡”。最终，这些泡沫相遇并融合，形成了今天清晰而广阔的视野。

　　詹姆斯·韦伯太空望远镜传回了非常详细的图像和星系光谱，这些星系在宇宙只有9亿年的时候就存在了。“在韦伯的近红外图像中，我们可以看到望远镜探测到的每个星系的结构，”ETH z

　　rich的Jorryt Matthee分享道。“韦伯向我们展示了这些早期星系的冒险青春。”这些星系看起来比附近宇宙中的星系更混乱——它们是块状的，经常被拉长。这些星系也更年轻，正在活跃地形成恒星。韦伯探测到的恒星质量都更大，这可能会导致这些星系中发射出丰富多彩的超新星。Credit: NASA, ESA, CSA, Simon Lilly(苏黎世联邦理工学院)，Daichi Kashino(名古屋大学)，Jorryt Matthee(苏黎世联邦理工学院)，Christina Eilers(麻省理工学院)，Rongmon Bordoloi (NCSU)， Ruari Mackenzie(苏黎世联邦理工学院)，Alyssa Pagan (STScI)， Ruari Mackenzie(苏黎世联邦理工学院)

　　在早期的宇宙中，恒星和星系之间的气体是不透明的——高能星光无法穿透它。但在大爆炸10亿年之后，气体变得完全透明。为什么?来自美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜的新数据已经确定了原因:星系的恒星发出足够的光来加热和电离它们周围的气体，在数亿年的时间里清除了我们的集体视野。

　　由瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH zrich)的西蒙·莉莉(Simon Lilly)领导的一个研究小组得出的结果，是对一个被称为再电离时代(见下图)的时期的最新见解，当时宇宙经历了巨大的变化。大爆炸之后，宇宙中的气体非常热，密度也很高。几亿年后，气体冷却了。然后，宇宙开始“重复”。气体再次变热并电离——可能是由于星系中早期恒星的形成，经过数百万年，变得透明。

　　130多亿年前，在再电离时代，宇宙是一个非常不同的地方。星系之间的气体对高能光来说基本上是不透明的，这使得观察年轻星系变得困难。随着恒星和年轻星系的不断形成和演化，它们开始改变周围的气体。几亿年后，这种气体从中性的、不透明的气体转变为电离的、透明的气体。是什么让宇宙完全电离，导致我们在今天的宇宙中看到的“清晰”条件?使用詹姆斯·韦伯太空望远镜的研究人员发现，星系对这一时期的结束负有不可推卸的责任。阅读他们的发现。来源:NASA, ESA, CSA, Joyce Kang (STScI)

　　长期以来，研究人员一直在寻找确凿的证据来解释这些转变。新的结果有效地揭开了这一再电离期结束时的帷幕。该团队第一篇论文的主要作者、日本名古屋大学的Daichi Kashino解释说:“韦伯不仅清楚地表明这些透明区域存在于星系周围，而且我们还测量了它们的大小。”“通过韦伯的数据，我们看到星系将它们周围的气体重新电离。”

　　与星系相比，这些透明气体区域是巨大的——想象一下，一个热气球里悬挂着一颗豌豆。韦伯的数据显示，这些相对较小的星系推动了再电离，清理了它们周围的大片空间。在接下来的一亿年里，这些透明的“气泡”继续变得越来越大，最终合并，使整个宇宙变得透明。

　　莉莉的团队有意将再电离时代结束前的一段时间作为目标，当时宇宙不是很清晰，也不是很不透明——它包含了各种状态的气体拼凑。科学家们将韦伯瞄准了类星体的方向——类星体是一种极其明亮的活动超大质量黑洞，它就像一个巨大的手电筒——照亮类星体和我们望远镜之间的气体。(在这张图的中心找到它:它很小，粉红色，有六个突出的衍射峰。)

　　这张图像以类星体J0100+2802为中心，由韦伯的NIRCam(近红外相机)拍摄，显示了罗盘箭头、比尺和参考色键。北面和东面的罗盘箭头表示图像在天空中的方向。请注意，天空中北方和东方之间的关系(从下面看)相对于地面地图上的方向箭头(从上面看)是翻转的。标尺标为1弧分。这张照片显示了不可见的近红外波长的光被转换成可见光的颜色。彩色键显示在收集光线时使用了NIRCam滤光片。每个滤光片名称的颜色是用来表示通过该滤光片的红外光的可见光颜色。在这张图片中，蓝色、绿色和红色分别被分配到1.15、2和3.65微米(F115W、F200W和F365W)的NIRCam数据。Credit: NASA, ESA, CSA, Simon Lilly(苏黎世联邦理工学院)，Daichi Kashino(名古屋大学)，Jorryt Matthee(苏黎世联邦理工学院)，Christina Eilers(麻省理工学院)，Rob Simcoe(麻省理工学院)，Rongmon Bordoloi (NCSU)， Ruari Mackenzie(苏黎世联邦理工学院)，Alyssa Pagan (STScI)， Ruari Mackenzie(苏黎世联邦理工学院)

　　当类星体的光穿过不同的气体块向我们传播时，它要么被不透明的气体吸收，要么自由地穿过透明的气体。该团队的突破性结果只有通过将韦伯的数据与夏威夷的W. M.凯克天文台以及位于智利的拉斯坎帕纳斯天文台的欧洲南方天文台的甚大望远镜和麦哲伦望远镜对中心类星体的观测相结合，才能实现。

　　“通过照亮我们视线范围内的气体，类星体为我们提供了有关气体成分和状态的大量信息，”麻省理工学院的安娜-克里斯蒂娜·埃勒斯解释说，她是另一篇研究小组论文的主要作者。

　　研究人员随后使用韦伯望远镜来识别这条视线附近的星系，并表明这些星系通常被半径约200万光年的透明区域所包围。换句话说，韦伯见证了星系在再电离时代结束时清理周围空间的过程。从这个角度来看，这些星系清除的区域大约与我们银河系和我们最近的邻居仙女座星系之间的距离相同。

　　直到现在，研究人员还没有明确的证据证明是什么导致了再电离——在韦伯之前，他们还不能确定是什么导致了再电离。

　　这些星系是什么样子的?“它们比附近宇宙中的那些更混乱，”同样来自苏黎世联邦理工学院的Jorryt Matthee解释说，他是该团队第二篇论文的主要作者。韦伯表示，它们正在活跃地形成恒星，一定发射出了许多超新星。他们的青年时代充满了冒险精神!”

　　在此过程中，埃勒斯利用韦伯的数据证实，该区域中心类星体中的黑洞是目前已知的早期宇宙中质量最大的黑洞，其质量是太阳质量的100亿倍。“我们仍然无法解释类星体是如何在宇宙历史的早期变得如此之大，”她分享道。“这又是一个谜题了!”韦伯望远镜拍摄的精美图像也没有显示类星体发出的光受到引力透镜的影响，这确保了质量测量的确定性。

　　该团队将很快深入研究另外五个领域的星系，每个领域都以一个中心类星体为基础。韦伯在第一个领域的结果非常明确，他们迫不及待地想要分享这些结果。Kashino解释说:“我们希望能识别出在再电离时代存在的几十个星系，但很容易就能挑出117个。”“韦伯超出了我们的预期。”

　　Lilly的研究团队，发射线星系和再电离时代的星系间气体(EIGER)，已经展示了将韦伯的NIRCam(近红外相机)的传统图像与同一仪器的宽视场无缝隙光谱模式的数据相结合的独特力量，该模式给出了图像中每个物体的光谱-将韦伯变成了团队所说的“壮观的光谱红移机”。

　　该团队的第一批出版物包括“EIGER I.一个在5.3 < z < 6.9的[O iii]发射星系的大样本和星系局部再电离的直接证据”，由Kashino领导，“EIGER II”。由Matthee领导的JWST和EIGER III首次对z=5 - 7星系中与强Hβ和[OIII]线发射相关的年轻恒星和电离气体进行了光谱表征。由Eilers领导的JWST/NIRCam对超亮高红移类星体J0100+2802的观测结果发表在《天体物理学杂志》上。

　　引用:

　　“艾格尔峰。1 . 5.3 < z < 6.9的大样本[O iii]发射星系和星系局部再电离的直接证据”，作者:Daichi Kashino, Simon J. Lilly, Jorryt Matthee, Anna-Christina Eilers, Ruari Mackenzie, Rongmon Bordoloi和Robert A. Simcoe, 2023年6月12日，《天体物理学杂志》。1538 - 4357 . DOI: 10.3847 / / acc588

　　“艾格尔峰。2由Jorryt Matthee, Ruari Mackenzie, Robert A. Simcoe, Daichi Kashino, Simon J. Lilly, Rongmon Bordoloi和Anna-Christina Eilers, 2023年6月12日，天体物理学报，z=5-7星系中与强Hβ和[O iii]线发射相关的年轻恒星和电离气体的首次光谱表征。1538 - 4357 . DOI: 10.3847 / / acc846

　　“艾格尔峰。3JWST/NIRCam对超发光高红移类星体J0100+2802”的观测，Anna-Christina Eilers, Robert A. Simcoe, Minghao Yue, Ruari Mackenzie, Jorryt Matthee, Dominika ?urov?íková， Daichi Kashino, Rongmon Bordoloi和Simon J. Lilly, 2023年6月12日，《天体物理学报》。1538 - 4357 . DOI: 10.3847 / / acd776

　　詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦伯望远镜将解开太阳系的谜团，观测其他恒星周围的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源，以及我们在其中的位置。韦伯是一个国际化的人美国国家航空航天局(NASA)及其合作伙伴欧洲航天局(ESA)和加拿大航天局(Canadian Space Agency)共同领导了这一项目。