Advancement in space-based infrared telescopes and recent progress on the exploration of galaxy formation in the early universe
Year: 2025
Type: article
Abstract: 红外天文是探索遥远宇宙的关键波段。近50年来，随着空间红外望远镜的发展，人们发现并系统性地发现了包括超亮红外星系（ULIRGs）、活动星系核（AGNs）等在内的高红移星系系统。自2021年底发射以来，詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）作为目前最先进的空间天文望远镜，以其前所未有的图像分辨率、超高灵敏度和近中红外覆盖范围，极大地推动了对宇宙早期星系起源的探索。一个重要的突破是打破了最早星系的红移记录。寻找高红移星系的常用方法之一是利用莱曼断裂的光谱特性。JWST在近红外和中红外波段进行了深度探测，并利用莱曼断裂方法筛选出早期宇宙的高红移星系候选体。利用这一方法，结合后随光谱，JWST发现和认证了多个红移超过10的星系，其中就包括了目前最高的红移纪录，红移14的星系JADES-GS-z14-0和JADES-GS-z14-1。这些发现表明，大爆炸发生后仅仅几亿年就已经存在大规模的恒星形成活动。星系的成熟度远远超过了模型的预测，对现有的星系形成理论提出了挑战。除了发现和认证超高红移星系，JWST还通过光谱证实了早期宇宙中已经存在超大质量的黑洞（SMBH）。例如，在GN-z11星系中探测到了高激发态的谱线，表明这一早期的超大质量黑洞可能存在非常活跃的吸积。与宿主星系相比，相较于近领的黑洞-宿主质量关系，高红移的这些黑洞拥有“过大质量”。JWST发现了多个类似的“过大质量”的黑洞。这些观测挑战了目前黑洞和星系共同演化的图景。为了解释这些观测到的“过大质量”黑洞，不同团组提出了不同的黑洞种子机制来解释观测到的黑洞-宿主质量和质量比。展望未来，随着更多红外数据的发布和高红移暗星系的发现，在暗物质、恒星形成的初始条件、黑洞与星系的共同演化以及早期宇宙结构等方面的研究有望取得更多突破。这些红外的观测将进一步丰富我们对宇宙起源和早期星系形成演化的认知，推动星系形成演化图景的进一步发展。
Author: Yu Dai
Language: English
Subfield: Astronomy and Astrophysics
Field: Physics and Astronomy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: bronze
OpenAlex ID: W4411464843