据麻省理工学院卡夫利天体物理与空间研究所罗翰·奈杜(Rohan Naidu)博士领导的天文学家团队报告,一个被命名为 MoM-z14 的星系存在于大爆炸后约2.8亿年,被认为是目前已确认的最遥远星系之一。
研究团队利用詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)获取的图像,观测到这一星系在宇宙早期的形态。相关图像由美国国家航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)、加拿大航天局(CSA)以及空间望远镜科学研究所(STScI)联合发布。
奈杜表示,韦伯望远镜使研究人员得以观测到此前从未见过的更遥远宇宙区域,而这些观测结果与既有理论预期存在明显差异,他称这一情况“既具有挑战性,也令人兴奋”。
光谱确认红移 z = 14.44
团队借助韦伯望远镜的近红外光谱仪(NIRSpec),测得 MoM-z14 的宇宙学红移为 14.44。按研究人员给出的估算,这意味着该星系发出的光线在宇宙约138亿年的历史中,已在太空中传播约135亿年,其波长在传播过程中被拉伸至更长、更红的波段。
日内瓦大学天文学家帕斯卡尔·奥施(Pascal Oesch)指出,天文学家可以通过成像对星系距离进行初步估算,但关键仍在于后续的光谱观测,“只有通过更详细的光谱数据,我们才能确切了解我们看到的是什么,以及它处于宇宙历史的哪个阶段”。
早期宇宙中异常明亮星系的一员
根据研究团队的描述,MoM-z14 属于早期宇宙中一类“异常明亮”的星系。这类星系的数量被估计为韦伯望远镜发射前理论研究预测值的约100倍。
麻省理工学院博士后研究员雅各布·申(Jacob Shen)表示,在早期宇宙问题上,理论与观测之间的差距正在扩大,这为未来研究提出了一系列“引人注目的问题”。
研究人员指出,部分线索可能来自银河系中最古老的恒星群。在这些恒星中,有一小部分显示出较高的氮元素含量,而类似的氮元素富集特征也出现在韦伯望远镜对早期星系(包括 MoM-z14)的观测中。
奈杜将这一研究路径比作“考古学”思路。他表示,银河系中的古老恒星可被视为早期宇宙的“化石”,而韦伯望远镜则提供了直接观测那个时代星系的机会。根据他的说法,当前观测到的某些特征——例如异常丰富的氮元素——在本地宇宙中并不常见。

氮元素富集与超大质量恒星假说
研究团队指出,MoM-z14 所处的时代距离大爆炸仅约2.8亿年,恒星形成与演化的时间尚不足以通过多代恒星演化产生如此高含量的氮元素,这一结果与天文学家此前的预期并不一致。
为解释这一现象,研究人员提出一种可能性:早期宇宙的高密度环境可能孕育了超大质量恒星,这类恒星能够产生比目前在本地宇宙中观测到的任何恒星更多的氮元素。不过,相关设想仍有待进一步观测与研究验证。
再电离时期时间线的重要线索
观测结果还显示,MoM-z14 似乎正在清除其周围空间中早期宇宙残留的致密原始氢雾。研究人员指出,韦伯望远镜的一个重要科学目标,正是厘清宇宙历史上这一“清除阶段”的时间线,即天文学界所称的“再电离时期”。
这一时期被认为是早期恒星发出足够高能量辐射,逐步电离弥漫在宇宙中的致密氢气,使光线能够穿透并最终抵达包括韦伯望远镜在内的观测设备的阶段。
研究团队表示,MoM-z14 为绘制宇宙再电离时间线提供了新的观测证据,而这一工作在韦伯望远镜投入使用之前尚难以开展。
宾夕法尼亚州立大学研究生李怡佳表示,要进一步了解早期宇宙发生的过程,需要更多详细的韦伯望远镜观测数据,以及更多类似星系样本,以便识别其中的共性特征。她提到,美国国家航空航天局计划发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜预计将在这一领域提供更多数据支持。
李怡佳称,目前是“一个极其激动人心的时代”,韦伯望远镜以前所未有的方式揭示早期宇宙的情况,并显示出仍有大量未知领域有待探索。
研究论文即将发表
关于 MoM-z14 的详细研究结果将发表于《开放天体物理学杂志》(Open Journal of Astrophysics)。论文题为《宇宙奇迹:用詹姆斯·韦伯太空望远镜确认的光谱红移 zspec = 14.44 的异常明亮星系》(Cosmic Marvels: An Exceptionally Luminous Galaxy with Spectroscopic Redshift zspec = 14.44 Confirmed with JWST),作者为 Rohan P. Naidu 等,目前已在预印本平台 arXiv 发布(编号:2505.11263)。
