宇宙黎明时的宇宙是什么样的？
这个充满诗意的短语是天文学家用来称呼大爆炸后仅仅几亿年的时期，当时最早的恒星被点亮，光芒照亮了宇宙。
为了看到这个时代，我们需要一台时间机器，而且，令人震惊的是，我们已经有了一台。实际上，我们有很多：望远镜。光速非常快——每小时十亿公里！——但是，星系仍然非常遥远，它们的光需要数百万甚至数十亿年才能到达我们这里。它们离地球越远，它们的光到达我们这里所需的时间就越长。因此，从某种意义上说，当我们瞥见它们遥远的光子时，我们是在及时倒流，观察这些古老的星系在很久以前的样子。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑支持我们屡获殊荣的新闻报道，方式是 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
来自宇宙黎明时期星系的光已经传播了超过 130 亿年。在广阔的距离上被衰减——随着宇宙的膨胀，这个距离一直在增长——到达我们这里的光不仅极其微弱，而且还非常红移，这意味着它曾经的光学波长已经拉伸到电磁频谱的红外部分。收集足够的光来进行前沿科学研究——更不用说制作漂亮的图片——需要一台巨大的望远镜，它对任何红外光芒都非常敏感。
这正是天文学家建造詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 的原因。凭借其巨大的 6.5 米分段镜和多个红外调谐仪器，它可以观测到早期星系，就在第一批恒星诞生后不久，甚至可能也许可以一直追溯到宇宙黎明。
为了突破 JWST 功能的极限，天文学家设计了一个名为 JWST 先进深场系外星系巡天 或 JADES 的特殊观测项目。它在天空中非常小的区域长时间观测，以获得来自地球宇宙中极其遥远的天体的“深场”图像。现在，研究人员正在利用该项目在 JWST 太空第一年的成功经验。该区域中精心挑选的一个子区域现在是 JADES 起源场的目标，在望远镜目前的二年级，该场将把观测推向宇宙更深处，有望测量更接近宇宙黎明的星系。
该项目已经从那些几乎难以理解的深处获得了丰富的成果。您可以亲眼看到并探索它们，一切都在您舒适的办公桌旁（或您可能使用智能手机的任何其他地方）！迄今为止的观测镶嵌图已在线提供。首次显示时，它看起来像一块布满污迹、不规则的黑色区域，点缀着污点。但是，如果您放大、放大、再放大，您会发现最亮的物体是壮丽的星系：其中许多可以识别为螺旋星系，但到目前为止，大多数形状更不规则。类似的星系动物寓言集也充斥着壮丽的哈勃深场，这是哈勃太空望远镜早期的图像揭示了星系较小的“碎片”，这些碎片显然正在合并以形成我们今天看到的较大星系。
在 JADES 场中，我们自己星系中的一些恒星可以零星地被区分出来。它们中的每一个都通过非常清晰的点状外观以及衍射尖峰而从更遥远的物体中脱颖而出——衍射尖峰是三对从恒星中心向外辐射的线条，是由光线绕射构成 JWST 主镜的六边形一米镜片片段弯曲造成的。仔细观察还会发现一条淡淡的水平线平分每颗银河系恒星，这是由光线绕射望远镜次镜的支撑支杆弯曲造成的。
但是，如果您非常仔细地观察，您甚至会发现一些遥远的模糊物体，它们具有非常明亮的核心，也显示出衍射尖峰，例如物体 169604。这些物体很可能是活动星系，每个星系都包含一个中心超大质量黑洞，它正在贪婪且草率地吞噬大量的气体和尘埃。这种物质会剧烈升温并向外辐射，因为它以接近光速的相当一部分螺旋式地走向厄运，最终在黑洞的事件视界——最终的不归路——处消失。
事实上，JADES 起源场的一个希望是找到遥远的星系，在这些星系中，这些巨大的黑洞才刚刚开始形成；宇宙学中最大的谜团之一是这些黑洞如何在不到十亿年的时间内成长为太阳质量的十亿倍的庞然大物。
这个镶嵌图中的许多天文物体可以通过它们的颜色来识别，也就是它们在不同波长下显得有多亮。近红外相机，JWST 的主力仪器，具有选择不同波长的滤光片，JADES 使用了其中的几个。您可以通过单击镶嵌图网页右上角的顶部“图层”图标来在滤光片之间切换显示，以查看当您更改观测到的光线类型时外观如何变化。光在颜色分布被称为光谱能量分布，或 SED，底部的“图层”图标有一个选项可以显示此分布。天文学家使用 SED 来确定他们正在观察的物体类型，对于星系，则用来确定大致距离。
在图像中四处查看，我发现了很多奇怪的物体可以欣赏。例如，物体 196582 显然是某种星系，可能距离我们超过 70 亿光年。但它上方有一条模糊的椭圆形弧线延伸。有时，大质量星系的引力可以弯曲来自更遥远背景星系的光线，在称为引力透镜的过程中将它们扭曲成不寻常的形状。但是，这些弧线通常轮廓分明且细长，而这显然不是。另一种可能性是星系扰动：当星系在太空中飞行时，有时会彼此靠近，因其引力相互作用而扭曲和扭曲，并拉出像宇宙拉丝太妃糖一样的恒星流。如果一个星系比另一个星系小得多，它可能会完全被撕裂。这可能就是我们在这里看到的。
也有不太极端的遭遇。物体 171522 和 171523 是一对相互作用的星系，它们的大小似乎大致相等，并且每个星系都在扭曲另一个星系。经过足够长的时间后，这对双星系可能会物理合并，成为一个更大的星系。在镶嵌图中可以找到许多此类星系碰撞的例子，这增加了我们对星系在宇宙早期如何相互作用和生长的理解。
关于这张图像，最令人惊叹的事情可能不是任何特定的物体，而是 JWST 在整个 JADES 场中捕捉到的物体数量之多。天文学家已经计算出那里大约有 10 万个星系，但它仅覆盖了天空的一小部分，大小与您伸直手臂时指尖上的一小块细砾石差不多。推算到整个天空，这意味着上天拥有数千亿个星系，这与之前的估计相当；JADES 起源场的深处将揭示更多数量的星系，为我们提供更多研究对象，并对它们进行更精确的测量。
这是一个强有力的佐证，证明了一个惊人的事实：宇宙中充满了星系。我们的银河系只是其中之一，如果我们从 100 亿光年之外用 JWST 观察它，它将只是众多星系中的另一个，就像 JADES 场中的那些星系一样。这当然是令人谦卑的，但对我来说，这也是快乐甚至自豪的源泉：我们可以掌握这个事实。通过科学，在我们永不满足的好奇心和日益强大的技术的驱动下，我们可以了解我们在宇宙中的真实位置——甚至可以将宇宙最遥远的深处带到我们的指尖。
但不要只听我的一面之词。通过深入研究JADES 宝藏库来亲自了解，这里充满了宇宙黎明边缘的星系。