由日本築波大學數理物質系的橋本拓也助教和西班牙太空生物學研究中心組成的國際研究團隊發佈研究成果稱，透過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和ALMA望遠鏡，成功捕捉到了目前已知最遙遠的131.4億光年外原始星系團中相當於密集都會圈的「核心區域」。研究結果表明，多個星系聚集在一個狹窄的區域，導致了星系的迅速成長。此外，研究團隊還透過類比預測了星系都會圈的未來，結果顯示在數千萬年内，這個星系都會圈將形成一個更大的星系。相關成果已發表在國際學術期刊《The Astrophysical Journal Letters》9月13日號上。
基於星系形成類比得到的天體成長結果。圖中的濃淡色彩表示氧離子的光分佈。（供圖：橋本拓也助教；Credit：日本國立天文臺）
上百個星系透過彼此的重力聚集而成的集合體被稱爲星系團，星系團被認爲是宇宙中最大的結構之一。透過對距離地球較近的星系的觀測得知，在星系密集的環境下，單個恆星的生命週期會迅速加快，這就是所謂的「環境效應」。另一方面，「環境效應」是從何時開始存在則一直未知。爲了明確這一點，就必須要觀測宇宙剛誕生時產生的星系團祖先。
星系團的祖先被稱爲原始星系團，是由約10個左右的星系組成的距離地球超過100億光年的星系羣，這種觀測可以透過觀測遙遠的宇宙實施。另一方面，由於跨越數百億光年到達地球的光波和廣播無線電會隨着時間的推移而減弱，因此用於觀測的望遠鏡必須具有高靈敏度和時間解析度。
此次，研究團隊利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）對原始星系團（A2744z7p9OD）的核心區域進行了觀測，結果在一個邊長相當於銀河系半徑一半的36000光年的矩形區域内，成功從4個星系中檢測到了電離氧離子光。這4個星系距地球的距離被測定爲131.4億光年。
此外，研究團隊還分析了ALMA望遠鏡在該區域獲得的塵埃發射廣播無線電的觀測資料。結果，從4個星系中的3個星系檢測到了塵埃發射出的廣播無線電。據悉，這是首次在如此久遠的原始星系團中檢測到塵埃。
上述發現表明，由於在這些星系中存在大量塵埃，所以明確了這些星系已經演化到了許多第一代恆星結束了生命的狀態。
研究還表明，這些星系可以在數千萬年之内合併演化爲更大的星系，這對於宇宙演化來說是一個較短的時間尺度。
橋本助教表示：「我和研究團隊的同仁一起歷經數月，運用多種方法分析了詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的資料。透過努力，當確定這4個星系的確切距離，並發現它們聚集在一個約爲銀河系半徑的一半的狹窄區域時，大家都非常驚訝。今後，我們將繼續操作組合使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和ALMA望遠鏡來揭示宇宙初期星系的狀態。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：The Astrophysical Journal Letters
論文：Reionization and the ISM/Stellar Origins with JWST and ALMA (RIOJA): The Core of the Highest-redshift Galaxy Overdensity at z = 7.88 Confirmed by NIRSpec/JWST
DOI：10.3847/2041-8213/acf57c
