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早期宇宙中超亮星系的确认和反驳。

Confirmation and refutation of very luminous galaxies in the early Universe.

机构信息

NSF's National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory, Tucson, AZ, USA.

Department of Astronomy, The University of Texas at Austin, Austin, TX, USA.

出版信息

Nature. 2023 Oct;622(7984):707-711. doi: 10.1038/s41586-023-06521-7. Epub 2023 Aug 14.

DOI:10.1038/s41586-023-06521-7
PMID:37579792
Abstract

During the first 500 million years of cosmic history, the first stars and galaxies formed, seeding the Universe with heavy elements and eventually reionizing the intergalactic medium. Observations with the James Webb Space Telescope (JWST) have uncovered a surprisingly high abundance of candidates for early star-forming galaxies, with distances (redshifts, z), estimated from multiband photometry, as large as z ≈ 16, far beyond pre-JWST limits. Although such photometric redshifts are generally robust, they can suffer from degeneracies and occasionally catastrophic errors. Spectroscopic measurements are required to validate these sources and to reliably quantify physical properties that can constrain galaxy formation models and cosmology. Here we present JWST spectroscopy that confirms redshifts for two very luminous galaxies with z > 11, and also demonstrates that another candidate with suggested z ≈ 16 instead has z = 4.9, with an unusual combination of nebular line emission and dust reddening that mimics the colours expected for much more distant objects. These results reinforce evidence for the early, rapid formation of remarkably luminous galaxies while also highlighting the necessity of spectroscopic verification. The large abundance of bright, early galaxies may indicate shortcomings in current galaxy formation models or deviations from physical properties (such as the stellar initial mass function) that are generally believed to hold at later times.

摘要

在宇宙历史的头 5 亿年里,第一批恒星和星系形成了,为宇宙播下了重元素的种子,并最终重新电离了星系际介质。詹姆斯·韦布太空望远镜(JWST)的观测结果揭示了令人惊讶的大量早期恒星形成星系的候选者,它们的距离(红移,z),根据多波段测光估计,高达 z ≈ 16,远远超出了 JWST 之前的限制。虽然这种测光红移通常是可靠的,但它们可能会出现退化,偶尔也会出现灾难性的错误。需要进行光谱测量来验证这些源,并可靠地量化物理性质,从而可以约束星系形成模型和宇宙学。在这里,我们展示了 JWST 的光谱测量结果,证实了两个红移超过 z ≈ 11 的非常亮的星系,同时还证明了另一个被提议的 z ≈ 16 的候选星系实际上具有 z = 4.9,其具有独特的星云线发射和尘埃红化的组合,模拟了对于更远物体的预期颜色。这些结果不仅为早期极亮星系的快速形成提供了证据,也强调了光谱验证的必要性。大量明亮的早期星系可能表明当前星系形成模型存在缺陷,或者存在物理性质(如恒星初始质量函数)的偏差,这些偏差通常被认为在后期才会出现。

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