望远镜技术的进步，特别是詹姆斯·韦伯太空望远镜的进步，增强了对星系形状的分类。最近的一项研究分析了遥远的星系，揭示了早期宇宙中不寻常的扁平和细长形状的普遍存在，与较近的星系形成对比。这挑战了之前关于星系形成和演化的假设。来源:NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin)， Micaela Bagley (UT Austin)， Rebecca Larson (UT Austin)

　　詹姆斯·韦伯太空望远镜最近的观测显示，早期宇宙中的许多遥远星系都具有独特的平坦和平坦封闭的形状，与更近的星系有很大的不同。这一发现证实并扩展了哈勃早期的观测结果，为星系演化提供了新的见解，并挑战了现有的理论。

　　一个多世纪以来，天文学家通过肉眼比较它们的形状和用光谱数据精确测量它们的特性，对远近星系进行了分类。例如，埃德温·哈勃在1926年创造了哈勃音叉(见下图)，开始对附近星系的形状和大小进行分类，结果显示许多星系是螺旋形和椭圆形的。

　　随着望远镜的仪器变得越来越灵敏，更容易准确地分类它们的形状。来自詹姆斯·韦伯太空望远镜的新数据为天文学家的分类增添了细微差别。由于韦伯是在红外光下观测的，所以在它的图像中出现了更多极其遥远的星系。此外，这些图像非常详细，使研究人员能够确定是否有额外的恒星形成区域-或者确认它们不存在。

　　星系是宇宙非常重要的基本组成部分。有些是简单的，而另一些在结构上非常复杂。美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)在1926年提出了一个星系分类方案，这是建立星系演化连贯理论的第一步。虽然这个方案，也被称为哈勃音叉图，现在被认为有点过于简单，但基本思想仍然成立。来源:美国国家航空航天局

　　纽约哥伦比亚大学的NASA哈勃研究员Viraj Pandya领导的一个团队最近在韦伯的宇宙演化早期释放科学(CEERS)调查中分析了数百个遥远的星系(见下图)。CEERS有意覆盖了与哈勃太空望远镜延伸生长带(见下图)相同的大部分区域，这是用于创建宇宙组装近红外深河外遗产调查(CANDELS)的五个领域之一。这使他们能够在望远镜观测重叠的地方再次检查韦伯的结果。

　　“我们对韦伯星系的分析与哈勃太空望远镜目录中的星系非常一致，”Pandya证实。“两组数据使我们能够在进行分析时全面审查我们的模型，并更好地理解和分类只有韦伯探测到的星系。”研究小组通过根据相似的特征将星系分成大类开始了他们的分析。(他们没有对每个星系的单独外观进行分类，因为这需要从光谱数据中获得详细信息。)

　　凝视这广阔的风景。它是由詹姆斯·韦伯太空望远镜在近红外光下拍摄的多幅图像拼接而成的，它实际上是在活动。来源:NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (UT Austin)， Micaela Bagley (UT Austin)， Rebecca Larson (UT Austin)， Alyssa Pagan (STScI)

　　他们在宇宙6亿到60亿年前发现了一系列奇怪的形状。占主导地位的星系形状看起来扁平而细长，就像泳池面或冲浪板。在他们研究的所有遥远星系中，这两种类型的星系约占50%至80%——这令人惊讶，因为这种形状在地球附近很少见。

　　韦伯探测到的其他星系看起来是圆形的，但也像飞盘一样扁平。人口最少的一类是由球状或排球形状的星系组成的。

　　这张来自哈勃太空望远镜的图像显示了天空中被称为扩展生长带(EGS)的一部分。CEERS调查的研究人员使用詹姆斯韦伯太空望远镜在红外光下观察扩展生长带。来源:NASA, ESA, M. Davis

　　韦伯的数据还解决了哈勃太空望远镜几十年前观测到的一个谜题。为什么这么多遥远的星系看起来像长长的线条?还有更多的星系没有出现在它的图像中吗?韦伯很快就回答了这个问题:哈勃没有错过任何东西。

　　“韦伯证实了哈勃望远镜长期以来向我们展示的东西，但在红外光方面更详细，”潘迪亚说。“他们的综合观测表明，在早期的宇宙中，更多的星系看起来是平坦和细长的。这具有深远的意义，因为我们通常认为像银河系这样的星系最初是盘状的，但事实可能并非如此。”

　　这些是美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜在其宇宙演化早期释放科学(CEERS)调查中捕捉到的遥远星系的例子。来源:NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin)， Micaela Bagley (UT Austin)， Rebecca Larson (UT Austin)

　　为什么星系在宇宙历史的早期会有如此不同的形状?这个问题目前还没有答案，但研究正在进行中，以更好地了解星系在整个宇宙时间里是如何进化的。

　　查看更多的星系样本(见韦伯CEERS调查的上图)，更具体地比较它们的3D形状(见下图)。

　　詹姆斯·韦伯太空望远镜已经在帮助研究人员微调他们对遥远星系的分类，为已经进行了几十年的分析增加了显著的速度和细节。在左上角，韦伯的调查显示了一种分类，这种分类在早期宇宙中很少见，但在今天很常见:形状像球体或排球的星系。右上方是扁平的圆盘或飞盘，这只是稍微常见一点。在早期占主导地位的星系形状看起来平坦而细长，就像左下角的冲浪板，或右下角的泳池面。到目前为止，这对分类构成了他们所研究的所有遥远星系的大约50%到80%——这是一个惊喜，因为这些形状在附近并不常见。天文学家在分类上的进步要归功于韦伯的灵敏度、高分辨率图像和对红外光的专门研究。在确定任何确定的分组之前，天文学界还需要用韦伯和其他望远镜提供的更大的样本量对更遥远的星系进行全面分类。来源:NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)， Viraj Pandya(哥伦比亚大学)，Haowen Zhang(亚利桑那大学)，Lucy Reading-Ikkanda(西蒙斯基金会)

　　“通过继续这项研究，我们和其他团队将能够在宇宙历史的这一点上提高我们对星系内在结构的理解，”缅因州沃特维尔科尔比学院副教授伊丽莎白麦格拉思解释说。“通过最终结合来自多个数据集的信息，我们将更好地了解整个宇宙时间的星系形状。”

　　有关这项研究的更多信息:

　　韦伯望远镜揭示了许多早期星系看起来像泳池面条和冲浪板“星系香蕉”-来自美国宇航局韦伯太空望远镜的新惊喜

　　参考资料:《Galaxies Going Bananas》《用JWST-CEERS推断高红移星系的三维几何》作者:Viraj Pandya, Haowen Zhang, Marc huertascompany, Kartheik G. Iyer, Elizabeth McGrath, Guillermo Barro, Steven L. Finkelstein, Martin Kuemmel, William G. Hartley, Henry C. Ferguson, Jeyhan S. Kartaltepe, Joel Primack, Avishai Dekel, Sandra M. Faber, David C. Koo, Greg L. Bryan, Rachel S. Somerville, Ricardo O. Amorin, Pablo Arrabal Haro, Micaela B. Bagley, Eric F. Bell, Emmanuel Bertin, Luca Costantin, Romeel Dave马克·迪金森、罗伯特·费尔德曼、阿德里亚诺·丰塔纳、拉斐尔·加瓦齐、毛罗·贾瓦利斯科、安德里亚·格拉齐安、诺曼·a·格罗金、郭于辰、张勋·哈恩、本尼·w·霍尔维达、丽莎·j·科利、艾莉森·柯克帕特里克、安东·m·柯克默尔、詹妮弗·m·洛茨、雷·a·卢卡斯、劳拉·潘特里奇、巴勃罗·g·佩雷斯-冈萨雷斯、诺·皮尔兹卡尔、戴尔·d·科切夫斯基、凯西·帕帕维奇、斯瓦拉·拉文德拉纳、凯特琳·罗斯、马克·谢弗、雷蒙德·c·西蒙斯、桑德罗·塔切拉、乔纳森·r·特朗普、亚历山大·德拉维加、Stephen M. Wilkins, Stijn Wuyts, Yang Guang, L. Y. Aaron Yung，《天体物理学报》已接受。arXiv: 2310.15232