由早稻田大學理工學術院的井上昭雄教授、千葉大學先進科學中心的大慄真宗教授、名古屋大學研究生院理學研究科的田村陽一教授、築波大學數理物質系的橋本拓也助教、瑞典斯德哥爾摩大學的Angela Adamo博士以及美國太空望遠鏡研究所（STScI）等組成的國際研究團隊發表研究成果稱，利用詹姆斯·韋布太空望遠鏡在距地球133億光年的星系中，成功發現了迄今已知最遙遠的、形成於宇宙年齡4億6千萬年的星團。這一發現有助於闡明球狀星團的誕生機制，同時爲研究星系演化中至關重要的大質量恆星和黑洞種（黑洞的初始物質或原始狀態）的形成提供了新視角。相關成果已於6月24日發表在國際學術期刊《Nature》上。
圖1. 此次發現的星團（圖片來源：ESA/Webb, NASA & CSA, L.Bradley, A.Adamo）
在地球所在的銀河系中，有一種在數十億年間透過自身重力保持着集團狀態，並一直持續至今的「球狀星團」。球狀星團被認爲是宇宙初期誕生的天體，但它們形成於何時何處，此前並不爲人所知。
詹姆斯·韋布太空望遠鏡是美國國家航空太空局（NASA）於2021年發射升空的，主鏡口徑6.5米的巨型太空望遠鏡。2022年起正式投入使用，使得對遙遠宇宙的高靈敏度觀測成爲可能。
在本次觀測中，研究團隊在形成於宇宙大爆炸後4億6千萬年的星系——SPT0615-JD1（又稱「Cosmic Gems arc」）中發現了5個極其緊湊的星團。
這一發現得益於SPT-CL J0615-5746這一前景星系團所引起的重力透鏡效應，使觀測物件的長邊等比增大了約一百倍從而被觀測到。重力透鏡效應是指由於星系的集團——星系團的巨大重力，使背景中遙遠星系發出的光線發生彎曲，星系被等比增大，從而看起來很亮，或者看起來分裂成多個影像的現象。
此次發現的星團是迄今已知距地球最遙遠的星團，研究表明，其質量超過銀河系的球狀星團，且恆星的數密度非常高。
在宇宙大爆炸剛剛發生時，氣體由於高溫而處於電離狀態，但隨着宇宙膨脹，溫度降低，氣體一度變爲中性。隨後，第一代天體和星系的形成釋放了強烈的紫外線，這被認爲使氣體在宇宙誕生後10億年左右的時間内再度發生了電離。這一現象被稱爲「宇宙再電離」。
此次發現的星團可能就是引起宇宙再電離現象的紫外線放射源之一。
井上教授表示：「未來，我們計劃使用詹姆斯·韋布太空望遠鏡對這個天體進行詳細的光譜觀測。我們希望進一步研究早期宇宙中星團和星系形成的機制。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature
論文：Bound star clusters observed in a lensed galaxy 460 Myr after the Big Bang
DOI：doi.org/10.1038/s41586-024-07703-7
