一组小星系，在130亿年前就被发现，很可能正在形成一个大星系。这些颜色由三种不同的红外颜色组成。白色水平条显示了大约20000光年的规模。资料来源：Shuowen Jin等人（2023）
据美国物理学家组织网（作者：Niels Bohr Institute）：来自宇宙黎明中心的天文学家揭示了早期宇宙中用詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到的最密集星系区域的性质。他们发现它很可能是一个巨大的、类似银河系的星系的前身，当时它仍然是由较小的星系组成的。这一发现证实了我们对星系形成的理解。
根据我们目前对宇宙结构形成的理解，星系是以分层的方式形成的，小的结构首先在很早的宇宙中形成，然后合并形成更大的结构。这是理论和计算机模拟的预测，并通过对宇宙历史上不同时期星系的观测得到验证。
为了观察最早的结构组装，我们必须尽可能地回溯时间，从而尽可能地远离时间。但这些辐射源都很小，也很微弱，它们的探测需要先进的技术。
在一项新的研究中，发现了今天可能演化成银河系大小的巨大星系的早期祖先。这组被称为CGG-z5的较小星系是通过詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测项目“CEERS”发现的，当时宇宙只有11亿年，是目前年龄的8%。
CGG-z5是使用GalCluster代码发现的，该代码由宇宙黎明中心（Dawn）理学硕士学生尼古拉·希拉森创建。
“我在研究期间开发了该软件来检测这种结构，现在我们将其应用于CEERS项目的数据，”Nikolaj Sillassen说道，他在测试软件时已经发现了一个类似但更接近的小组。
“很高兴看到我的代码变得多么有用。”
没有詹姆斯·韦伯是不可能的
此前，哈勃太空望远镜发现了该星系群中最明亮的成员。但CEERS计划发现了新的和较小的成员。
“EAGLE”模拟中模拟的原始星系演化的四张快照，选择与观测到的CGG-z5群相似。亮度显示了星系中恒星的密度，而符号则跟随着单个的物质团。在左上角和右下角之间经过的12亿年中，星系的总恒星质量从50亿个太阳增长到650亿个太阳。资料来源：A.Vijiayan和S.Jin
宇宙黎明中心（Dawn）玛丽·居里研究员、这项研究的主要作者金硕文（Shuowen Jin）解释说：“这个小组的其他成员都很小，也很微弱。如果没有詹姆斯·韦伯（James Webb）的灵敏度和空间分辨率，我们根本无法探测到他们。”。
当然，CGG-z5星系群的“未来”究竟是什么，还不得而知。与其说是形成一个单一的星系，不如说是这个星系团后来演化成了一个大星系团。另一种可能性是，实际上，这些成员并不像看起来那样紧密地聚集在一起，而是我们恰好从一端到另一端看到的丝状结构的一部分。
计算机模拟的帮助
为了区分这些场景，需要更精确的观测，包括更耗时的光谱学。但与此同时，计算机模拟提供了帮助：
“为了更好地理解CGG-z5的性质和演化，我们在大规模的流体动力学模拟中寻找类似的结构，”宇宙黎明中心博士后研究员Aswin Vijiayan说，他在研究中进行了模拟分析。“我们发现了14个结构，它们与我们观察到的CGG-z5群的物理财产非常匹配，然后在模拟中追踪了这些结构从早期宇宙到现在时代的演变过程。
尽管这14个结构的演化过程各不相同，但它们都有着相同的命运：大约5到10亿年后，它们合并形成了一个单一的星系，在宇宙达到目前年龄的一半时，其质量与我们自己的银河系相当。
“鉴于模拟的预测，因此很有可能推测CGG-z5系统也将遵循类似的进化路径，我们捕捉到了小星系聚集成单个大星系的过程，”金硕文说。
DAWN副教授、参与该研究的Georgios Magdis表示：“有趣的是，在给定空间体积内，像CGG-z5这样的早期星系群的数量与后来宇宙时代的大质量星系数量相似。”。“这使得合并的星系群在后来的时代成为大质量星系的主要前身。”
这项研究发表在《天文学与天体物理学》杂志上。
