在这张近红外、高分辨率星系团SMACS 0723的图像中，成千上万的星系涌入其中。来源:NASA, ESA, CSA, STScI
一组天文学家使用詹姆斯·韦伯望远镜(JWST)识别了迄今为止发现的最遥远的球状星团。这些由数百万颗恒星组成的密集星系群可能是宇宙中最早和最古老恒星的遗迹。
韦伯的第一张深场图像描述了宇宙中最早的一些星系，其早期分析结果最近发表在《天体物理学杂志快报》上。这项工作是由一个加拿大天文学家团队进行的，其中包括多伦多大学文理学院邓拉普天文与天体物理研究所的专家。
“JWST的建立是为了寻找第一批恒星和第一批星系，并帮助我们理解宇宙复杂性的起源，比如化学元素和生命的构建模块，”邓拉普天文与天体物理研究所的博士后研究员Lamiya Mowla说，他是该研究的联合主要作者，该研究由加拿大NIRISS无偏差星团调查(CANUCS)团队进行。
“韦伯的第一个深区发现已经提供了恒星形成最早阶段的详细信息，证实了JWST的不可思议的力量。”
研究人员研究了位于韦伯第一深场的闪光星系，并使用JWST确定了它周围的五个闪光物体是球状星团。图片来源:加拿大航天局，图片来自NASA, ESA, CSA, STScI;Mowla, Iyer等人。2022
在韦伯的第一张深空图像中，天文学家们迅速将注意力集中在他们称之为“火花星系”的地方。这个星系位于90亿光年之外，它的名字来自于周围出现的黄红色小点的致密物体，研究人员称其为“火花”。研究小组确定，这些闪光要么是活跃形成恒星的年轻星团——大爆炸30亿年后恒星形成的顶峰时期诞生的——要么是古老的球状星团。球状星团是星系初期恒星的古老集合，包含了星系形成和成长的最早阶段的线索。
通过对12个致密天体的初步分析，研究小组确定其中5个不仅是球状星团，而且是已知的最古老的星团。
“看到来自JWST的第一张图像，发现遥远星系周围古老的球状星团是一个令人难以置信的时刻——这是之前哈勃太空望远镜成像不可能做到的，”邓拉普天文与天体物理研究所的博士后研究员、该研究的联合第一作者Kartheik G. Iyer说。
“由于我们可以在波长范围内观察到这些闪光，我们可以对它们进行建模，并更好地了解它们的物理属性——比如它们的年龄以及它们包含多少颗恒星。我们希望通过JWST从如此远的距离观测到球状星团这一知识能促进进一步的科学研究和对类似天体的搜索。”
引力透镜被天文学家用来研究非常遥远和非常微弱的星系。来源:NASA, ESA和L. Calçada
银河系已知有大约150个球状星团，但这些密集的恒星团是如何以及何时形成的还不清楚。天文学家知道球状星团可能非常古老，但要测量它们的年龄是非常具有挑战性的。使用非常遥远的球状星团来测定遥远星系中第一批恒星的年龄，这在以前还没有做过，只有用JWST才有可能。
Mowla说:“这些新发现的星团是在第一次形成恒星的时候形成的。”“因为火花星系比我们的银河系远得多，所以更容易确定其球状星团的年龄。我们观测的是90亿年前的“火花”，当时宇宙只有45亿岁，观察的是很久以前发生的事情。你可以把它想象成根据一个人的外表来猜测他的年龄——5岁和10岁的孩子很容易区分，但50岁和55岁的孩子就很难区分了。”
到目前为止，天文学家还不能通过哈勃太空望远镜看到周围的小天体。这种情况随着JWST的分辨率和灵敏度的提高而改变，在韦伯的第一张深空图像中首次揭示了星系周围的小点。Sparkler星系很特别，因为它被一种叫做引力透镜效应的效应放大了100倍——前景中的SMACS 0723星系团扭曲了它背后的东西，很像一个巨大的放大镜。此外，引力透镜产生了三张不同的Sparkler图像，使天文学家能够更详细地研究该星系。
左起:Kartheik Iyer, Vince Estrada-Carpenter, Guillaume Desperez, Lamiya Mowla, Marcin Sawicki, Victoria Strait, Gabe Brammer和Kate Gould(在笔记本电脑屏幕上)，Ghassan Sarrouh, Chris Willott, Bob Abraham, Gael Noirot, Yoshi Asada, Nick Martis，图片来源:Lamiya Mowla和Kartheik Iyer
来自国家研究委员会赫茨伯格天文和天体物理研究中心的CANUCS团队负责人Chris Willott说:“我们对火花的研究突出了将JWST的独特能力与引力透镜所提供的自然放大能力相结合的巨大力量。”“下个月，当JWST将目光投向CANUCS星系团时，该团队对更多的发现感到兴奋。”
研究人员将JWST的近红外相机(NIRCam)的新数据与哈勃景观望远镜的档案数据相结合。NIRCam通过更长、更红的波长来探测微弱的物体，从而超越人眼甚至哈勃太空望远镜所能看到的物体。星系团的透镜效应和JWST的高分辨率使观测致密物体成为可能。
加拿大制造的JWST上的近红外成像仪和无缝隙光谱仪(NIRISS)提供了独立的证据，证实了这些物体是古老的球状星团，因为研究人员没有观察到氧发射线——由活跃形成恒星的年轻星团发出的具有可测量光谱的辐射。NIRISS还帮助解开了火花号三透镜图像的几何结构。
圣玛丽大学教授Marcin Sawicki是加拿大天文学研究主席，也是这项研究的合著者，他说:“JWST在加拿大制造的NIRISS仪器在帮助我们理解闪耀星的三张图像及其球状星团是如何联系在一起的方面至关重要。”“我们三次观测到的几个‘火花’球状星团清楚地表明，它们是在围绕‘火花’星系运行，而不是偶然出现在它前面。”
JWST将从2022年10月开始观测CANUCS场，利用其数据检查5个大质量星系团，研究人员希望在这些星系团周围发现更多这样的系统。未来的研究还将模拟星系团，以理解透镜效应，并执行更可靠的分析来解释恒星的形成历史。
参考文献:“闪光者:由JWST捕获的高红移球状星团候选者”，作者:Lamiya Mowla, Kartheik G. Iyer, Guillaume Desprez, Vicente Estrada-Carpenter, Nicholas S. Martis, Gaël Noirot, Ghassan T. Sarrouh, Victoria Strait, Yoshihisa Asada, Roberto G. Abraham, Gabriel Brammer, Marcin Sawicki, Chris J. Willott, Marusa Bradac, René Doyon, Adam Muzzin, Camilla Pacifici, Swara Ravindranath和Johannes Zabl, 2022年9月29日，《天体物理学杂志通讯》。2041 - 8213 . DOI: 10.3847 / / ac90ca
合作机构包括约克大学以及美国和欧洲的机构。这项研究得到了加拿大航天局和加拿大自然科学与工程研究委员会的支持。
