闪闪发光的JWST星系解开了一个长期存在的宇宙之谜

　　关键要点 JWST发布的第一张科学图像，引力透镜星团SMACS 0723，仍然代表了我们对宇宙最深刻的看法之一。 一个透镜星系出现了三次：Sparkler，它的光来自92亿年前。它明亮，放大，并在整个过程中形成星星。 其中一幅图像是我们以前从未见过的细节，这可能会解决宇宙中关于球状星团的最长谜题之一。
　　自第一张科学图像发布半年多以来，JWST的数据继续刷新我们的认知。
　　这个星系团SMACS 0723的并排视图显示了JWST对该区域的MIRI（左）和NIRCam（右）视图。请注意，尽管图像中心有一个明亮的星系团，但最有趣的物体被星团本身引力透镜、扭曲和放大，并且比星团本身更远，包括后续图像中突出显示的＂闪光＂星系。
　　(图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI）
　　星系团SMACS 0723的后面是一系列变亮，放大，引力透镜的星系。
　　这个几乎完美对齐的图像合成显示了星团SMACS 0723核心的第一个JWST深场视图，并将其与较旧的哈勃视图进行了对比。查看哈勃数据中没有但存在于JWST数据中的图像细节，向我们展示了与JWST合作的科学家在等待发现的潜力有多大。
　　(图片来源：美国宇航局、欧空局、CSA 和 STScI;美国宇航局/欧空局/哈勃（STScI）;E.西格尔的复合）
　　其中一个这样的星系 - 闪光星 - 出现了三次独立。
　　这张NIRCam视图显示了星系团SMACS 0723周围一系列的透镜区域，其中包含多个透镜星系，包括这里突出显示的三次出现的Sparkler星系。＂火花＂已被确定为出现在已经存在的球状星团顶部的恒星形成气体结。
　　(图片来源：美国宇航局、欧空局、CSA、STScI;注释：E.西格尔）
　　甚至中红外（MIRI）仪器也捕获了三次。
　　这张由JWST拍摄的星系团SMACS 0723中心区域的中红外（MIRI）视图揭示了＂Sparkler＂星系的三张独立图像。尽管在目前的曝光时间水平下，在中红外光下看不到火花本身，但MIRI数据有助于揭示活跃的恒星形成星系的一般特性，其光来自92亿年前。
　　(图片来源：美国宇航局、欧空局、CSA、STScI;注释：E.西格尔）
　　整个过程中看到的＂火花＂虽然在视觉上引人注目，但在科学上是无价的。
　　科学论文首先分析了来自Sparkler星系的光，并提出了这些＂闪光＂是经历第二次恒星形成的球状星团的观点，在这里详细强调了Sparkler星系的三张图像。
　　(学分：L. Mowla 等人，ApJL，2022 年）
　　这些恒星形成的＂结＂对应于球状星团：100，000+恒星同时在局部形成。
　　这个令人印象深刻的球状星团不属于银河系，而是属于~304万光年外的矮星系WLM。它非常贫金属，但由于某种原因是唯一已知的属于WLM的球状星团。大多数球状星团只有在附近时才可见：在数十亿年没有形成任何新恒星之后。但是多亏了JWST和引力透镜，我们才有机会看到球状体在积极形成恒星时的样子：不仅是第一次也是唯一一次。
　　(图片来源：NASA、ESA/Hubble 和 J. Schmidt （Geckzilla））
　　只是，当详细观察时，这些结拥有已经数十亿年的恒星种群。
　　我们只能识别最近的球状星团内的单个恒星，例如梅西耶71，如图所示，由哈勃太空望远镜成像，距离我们只有~13，000光年。然而，通过对恒星内部发出的光进行种群分析，我们可以确定球状恒星内部多次爆发的年龄，并且可以判断这些恒星是一次形成的，还是在相隔数十亿年的多次＂爆发＂中形成的。
　　(图片来源：欧空局/哈勃和美国宇航局）
　　目前的恒星形成事件似乎代表了它们内部恒星创造的第二次爆发。
　　这张闪光星的视图是由星系团SMACS 0723拍摄的星系最清晰的图像，清楚地显示了整个星系团的一系列明亮的火花。由于这是一个富含气体的恒星形成星系，这些打结的新恒星形成团块可能是我们的第一个暗示，表明球状星团如何获得第二个，后来的恒星群。
　　(图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI）
　　我们以前从未见过如此遥远的球状星团：红移为1.378，或~9.2亿年前。
　　在半人马座欧米茄的中心，从银河系内的地球位置可以看到最大，最丰富的球状星团之一，许多不同颜色的恒星被成像。尽管半人马座欧米茄和里面有数百万颗恒星的长时间曝光，但没有观察到凌日事件。半人马座欧米茄是一个球状星团的例子，里面（至少）有两个独立的恒星群，在相隔数十亿年的时间尺度上形成。
　　(图片来源：NASA、ESA 和哈勃 SM4 ERO 团队）
　　事实上，目前只有一个球状星团在附近形成：狼蛛星云内的R136。
　　这个位于狼蛛星云中心的年轻星团的中心集中被称为R136，其中包含许多已知质量最大的恒星。其中包括R136a1，其质量约为~260太阳质量，是已知最重的恒星。总而言之，这是我们本星系群中最大的恒星形成区域，它可能会形成数十万颗新恒星，这些恒星将结合成一个球状星团，而其中最亮的恒星的亮度是太阳的数百万倍。
　　(图片来源：NASA、ESA、CSA、STSci、Webb ERO 制作团队）
　　附近的许多球状星团都包含一个长期存在的谜团：两个年龄分明的恒星群体。
　　恒星的生命周期可以在这里显示的颜色/星等图的背景下理解。随着恒星群的老化，它们会＂关闭＂图表，使我们能够确定所讨论星团的年龄。最古老的球状星团，如右图所示的非常古老的星团，年龄超过130亿年，但许多球状星团也表现出第二个更年轻的恒星群，除了较老的恒星。
　　(学分：理查德鲍威尔（左），RJ霍尔（右））
　　这很神秘，因为恒星形成的最初爆发应该会排出所有剩余的恒星形成气体。
　　用JWST拍摄的狼蛛星云的近红外视图比以前的任何视图都具有更高的分辨率和更宽的波长覆盖范围。扩展哈勃教给我们的内容，我们现在可以比以往任何时候都更详细地研究本星系团内的恒星形成，包括被驱逐/推开的气体和物质，这些气体和物质完全被来自R136星团的辐射和风吹走。
　　(图片来源：NASA、ESA、CSA、STSci、Webb ERO 制作团队）
　　但＂闪光者＂提供了一条出路：第二波全星系的恒星形成，重新填充已经存在的球状星团。
　　这张哈勃望远镜对球状星团泰山5号的观察，距离我们银河系仅22，000光年，揭示了其灿烂的核心和各种颜色和质量的恒星。泰山5号内的恒星，就像许多（但不是全部）球状星团中的恒星一样，表明内部有两个独立的恒星群，一个比另一个早几十亿年形成。最后，我们可能终于有一条途径来解释这些特性，这要归功于JWST看到的Sparkler星系。
　　(图片来源：ESA/Hubble & NASA，R. Cohen）
　　凭借引力透镜的力量，许多类似的长期谜题可能会落入JWST手中。
　　这张带有注释的JADES巡天旋转图像，JWST高级深河外巡天，展示了最遥远星系的新宇宙记录保持者：JADES-GS-z13-0，它的光来自z=13.2的红移和宇宙只有3.2亿年的历史。虽然我们看到的星系比以往任何时候都更远，但当发现更偶然排列的引力透镜时，这些记录可能会被打破。
　　(图片来源：美国宇航局、欧空局、CSA、M. Zamani（欧空局/韦伯）;科学学分：布兰特·罗伯逊（加州大学圣克鲁斯分校）、S. 塔切拉（剑桥）、E. 柯蒂斯-莱克（UOH）、S. Carniani（高等师范学院）、JADES Collaboration;注释：E.西格尔）