天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）观测到一个距大爆炸仅7亿年的早期星系，其呈现出“由内而外”的增长模式。
这个星系虽然规模仅为银河系的百分之一，但在如此早期的宇宙中已表现出出乎意料的成熟。其核心恒星质量密度与当今最大的椭圆星系相差不到两倍，然而总质量却仅为椭圆星系的千分之一。星系就像一座城市一样，核心区域拥有密集的“市中心”，充满恒星，而外围区域则像“郊区”一样较为稀疏，但随着时间推移，外围的恒星形成活动正快速增加，类似城市向外扩展的过程。这是迄今为止观测到宇宙最早期星系“由内而外”的增长。
星系如何随时间演化是天体物理学的重要问题。目前认为，星系主要通过吸积气体形成新恒星或与较小星系整合来增长。然而，早期宇宙中是否存在其他增长机制仍不明确。天文学家预期星系最初是由气体云塌缩而成，并可能拥有致密核心或形成黑洞。随着星系增长，恒星形成加速，旋转动力促使它们形成螺旋或盘状结构。
次发现的星系（编号JADES-GS+53.18343-27.79097）正在快速形成恒星，核心区域密集且成熟程度出乎意料，尽管整体星系年龄非常年轻，但核心与当今巨大的椭圆星系相似。大部分的恒星形成发生在距核心较远的区域，且外围恒星形成活动正在迅速增加，星系规模也随之扩展。根据模型，该星系外围的恒星等物质的质量1,000万年便会翻倍，而银河系则需约100亿年才能达到质量的翻倍。
距大爆炸仅7亿年的早期星系（编号JADES-GS+53.18343-27.79097）与如今已知大型的椭圆星系比较。（Source：剑桥大学）
尽管理论模型早已预测过这种增长模式，但直到韦伯望远镜的实际观测，才有确切证据。韦伯望远镜让我们得以观测到宇宙第一个十亿年内的星系，打开了新的研究领域。这次的观测结果有助于天文学家解答过去理论模型中推测的问题。这就像是能够检查自己的作业一样，我们现在能够观测以前只能在模型中预测的现象。尽管这次研究仅聚焦于一个星系，研究团队正分析更多类似的星系数据，期望重建星系增长的完整历史。这项研究成果已发表在《Nature Astronomy》期刊（Baker et al. 2024）。
（首图为示意图，来源：Unsplash）
