天文學家利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現了燭龍星系，這是已知最遙遠的螺旋星系，它存在于大爆炸后僅十億年。出乎意料的是，燭龍星系已經呈現出成熟的、類似銀河系的結構，這表明旋臂和有序的星系形態的出現時間遠早于此前的認知。

燭龍星系（Zhúlóng）的圖像，這是迄今為止發現的最遙遠的螺旋星系。它擁有清晰可見的旋臂、中央老核球和一個巨大的恒星形成盤，其結構與銀河系相似。該星系是在全景巡天（PANORAMIC Survey）項目下發現的——這是一項利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡進行的廣域成像巡天。圖片來源：NOIRLab/NSF/AURA/NASA/CSA/ESA/M. Xiao（日內瓦大學）/G. Brammer（尼爾斯·玻爾研究所）/D. de Martin 和 M. Zamani（NSF NOIRLab）

這項開創性的全景巡天（PANORAMIC）的發現不僅暗示著宇宙演化速度的加快，也為在早期宇宙中發現更多意想不到的星系寶藏打開了大門。

由美國國家科學基金會（NSF） NOIRLab天文學家克里斯蒂娜·威廉姆斯領導的國際團隊發現了迄今為止觀測到的最遙遠的螺旋星系。這個巨大的星系被命名為“燭龍”，取自中國神話中的章尾山之神，人面蛇身，渾身紅色，眼睛豎著長。

“燭龍”形成于宇宙大爆炸后僅10億年。盡管在宇宙歷史上出現較早，但已展現出令人驚訝的成熟、有序的結構。這一發現是在“全景巡天”（PANORAMIC Survey）項目期間發現的，該項目是一項雄心勃勃的項目，利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）進行。

像我們銀河系這樣的螺旋星系在現代宇宙中很常見。然而，天文學家發現它們在早期宇宙中極為罕見，這與認為大型有序盤狀結構和旋臂需要數十億年才能完全形成的理論相符。這使得燭龍星系成為一個非凡的發現：它不僅是迄今為止探測到的最古老的螺旋星系，也是最早的已知螺旋星系。

這張“燭龍”星系的圖像是迄今為止發現的最遙遠的螺旋星系，展現了其清晰可見的旋臂、中央的古老核球以及一個巨大的恒星形成盤，其結構與銀河系相似。該星系是在全景巡天（PANORAMIC Survey）項目下發現的——這是一項由詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）進行的廣域成像巡天。圖片來源：NOIRLab/NSF/AURA/NASA/CSA/ESA/M. Xiao（日內瓦大學）/G. Brammer（尼爾斯·玻爾研究所）/D. de Martin & M. Zamani（NSF NOIRLab）

“燭龍”的發現源于“全景巡天”（PANORAMIC）項目，該項目是一項廣域成像項目，旨在補充即將進行的大規模巡天。該巡天項目由日內瓦大學（UNIGE）的克里斯蒂娜·威廉姆斯（Christina Williams）和帕斯卡爾·厄施（Pascal Oesch）共同領導，觀測數據由詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）收集。

這項研究的目的是利用 JWST 建立一個廣域成像調查，以補充未來基于 NOIRLab 的廣域調查，例如即將進行的空間和時間遺產調查 (LSST)，該調查將使用 NSF-DOE Vera C. Rubin 天文臺進行。

在這幅圖像的中心，隱約可見稠密的星系場，是迄今為止發現的最遙遠的螺旋星系——燭龍星系。它擁有清晰可見的旋臂、中央的古老核球和一個巨大的恒星形成盤，與銀河系的結構相似。該星系是在全景巡天（PANORAMIC Survey）——一項由詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）進行的廣域成像巡天——中發現的。圖片來源：NOIRLab/NSF/AURA/NASA/CSA/ESA/M. Xiao（日內瓦大學）/G. Brammer（尼爾斯·玻爾研究所）/D. de Martin & M. Zamani（NSF NOIRLab）

“廣域巡天對于發現稀有的大質量星系至關重要，”發表該研究成果的論文合著者威廉姆斯說道。“我們希望在宇宙早期發現大質量、明亮的星系，以了解大質量星系是如何形成和演化的，這有助于解讀它們演化的后期階段，這些階段將由LSST進行觀測。”

燭龍星系擁有令人驚訝的成熟結構，這在通常呈塊狀且不規則的遙遠星系中獨樹一幟。它與鄰近宇宙中的星系相似，質量和大小也與銀河系相似。其結構顯示，中心有一個緊湊的凸起，其中充滿了年老的恒星，周圍環繞著一大片由年輕恒星組成的盤狀結構，這些恒星聚集在螺旋臂中。

這一發現在多個方面都令人驚喜。首先，它表明，類似于我們鄰近星系的成熟星系在宇宙中形成的時間可能比此前認為的要早得多。其次，長期以來，人們一直認為星系中的旋臂需要數十億年才能形成，但這個星系表明，旋臂也可以在更短的時間尺度上形成。在宇宙的早期階段，天文學家們還沒有發現過像燭龍星系這樣的星系。

“這個星系與我們的銀河系類似，是一個宏偉的螺旋星系，這真是令人興奮，”威廉姆斯說。“人們普遍認為，這種結構在星系中形成需要數十億年，但燭龍星系表明，這也可能在短短十億年內發生。”

像這樣的星系數量稀少，表明在宇宙的這個時期，螺旋結構可能壽命很短。星系合并或其他在早期宇宙中更常見的演化過程可能會摧毀旋臂。因此，螺旋結構在宇宙后期可能會更加穩定，這也是它們在我們附近更常見的原因。

PANORAMIC巡天的創新之處在于，它是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡首批采用“純平行模式”的項目之一。這是一種高效的觀測策略，在詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的主相機指向其他方向時，第二個相機負責收集額外的圖像。“作為首批在新型望遠鏡上使用新觀測模式的科學家之一，這絕對是一次冒險，”威廉姆斯說道。

未來詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）和阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA）的觀測將有助于確認燭龍星系的性質，并揭示更多有關其形成歷史的信息。隨著新的廣域河外星系巡天的持續進行，天文學家有望發現更多類似的星系，從而為塑造早期宇宙的復雜過程提供新的見解。

編譯自/ScitechDaily