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受到許多人關注的詹姆斯‧韋伯望遠鏡（James Webb Space Telescope, JWST）於去（2021）年12月升空後，美國國家航空暨太空總署（National Aeronautics and Space Administration, NASA）終於在今（2022）年7月11日起，陸續公布了多張韋伯望遠鏡拍攝到的太空影像圖，也讓世人能一窺好幾億光年以外的宇宙。而天文學家透過這些圖像，獲得了哪些我們以往不知道的資訊？

發現更多未知遙遠的星系

由於韋伯望遠鏡主要觀測紅外光波段，而宇宙在膨脹時光波會隨著空間擴張被拉扯，整體波長偏向電磁波光譜裡的紅色端，也就是所謂的宇宙紅移（cosmological redshift），使得韋伯望遠鏡非常適合觀察那些在宇宙歷史早期出現的星系。在今年6月開始的第一個觀測計畫中，韋伯望遠鏡就發現到許多遙遠的星系，遠超越過去使用哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）的觀測範圍。

早期的星系始於「宇宙曙光」（cosmic dawn），大約在大霹靂（Big Bang）的2.5億年左右開始，當時第一批恆星的行程照亮了整個宇宙。後來的幾代恆星聚集行程星系，而這些星系也就是韋伯望遠鏡發現的那些微弱紅色光點。倫敦大學學院（University College London）的天文學家埃利斯（Richard Ellis）表示，這些圖像證明了我們一直以來對於哈伯太空望遠鏡是否觀察到其他星系的爭辯。在一項分析了韋伯望遠鏡回傳數據的研究中，發現它總共找到44個從前未知的星系，而這些星系最早可以追溯到大霹靂後的三億年內，韋伯望遠鏡提供的數據將改變我們對早期宇宙的理解。

天文學家透過紅移來量測星系的距離，當紅移愈高、星系就愈遠。許多研究團隊都爭相試圖從韋伯望遠鏡提供的觀測數據中，試圖找出距離我們最遙遠的星系。目前已有了一些候選星系，最遠可以追溯到大霹靂後的四億年，已打破過去哈伯太空望遠鏡找到的最遙遠星系紀錄。

發現與理論不同的觀測結果

韋伯望遠鏡觀測到的遙遠星系結構，也比天文學家原先預料的更為複雜。

透過先前哈伯太空望遠鏡的觀測，天文學家發現遙遠的星系形狀更不規則；而距離較近的星系，如銀河系則會顯示規則的圓盤形。因此過往的理論認為，早期星系會受到鄰近星系的相互作用而被扭曲。但在本次發布的其中一幅韋伯望遠鏡拍攝的深空（deep-field）圖像中，科學家們發現裡頭有大量圓盤狀的遙遠星系，且數量是過往預估的十倍之多——這與早期的星系演化理論相矛盾。

科學家們推斷，大質量星系的形成在宇宙早期歷史中就開始，至少有一些大質量星系的中心區域，在大霹靂後的五億年就已經形成。

更近的星系比預期的小

「宇宙正午」（cosmic noon）指的是大霹靂後約30億年的時期，此時宇宙中的恆星形成達到高峰期，也產生了最多的光。來自美國加利福尼亞大學聖塔克魯茲分校
（University of California, Santa Cruz）的天文學家蘇斯（Wren Suess），比較了哈伯太空望遠鏡與韋伯望遠鏡拍攝的宇宙正午圖像，發現在韋伯望遠鏡的紅外光觀測下，多數大質量星系的尺寸看起來比哈伯太空望遠鏡拍攝的圖像要小得多，可能改變我們對星系大小如何隨時間演變的看法。科學家從過往哈伯太空望遠鏡得到的數據，推測星系在剛開始時很小，會隨著時間的推移而變大；但韋伯望遠鏡提供的數據卻顯示我們仍未看見全貌，星系的演化可能比原先預期的更為複雜。

韋伯望遠鏡為期20年的工作計畫才剛開始，隨著韋伯望遠鏡傳回的數據愈來愈多，過往的許多理論都將有可能被推翻，期待韋伯望遠鏡未來能帶領我們看見更多宇宙的不同面貌。

韋伯太空望遠鏡捕捉到距離地球約5 億光年的「車輪星系」（Cartwheel galaxy）。
車輪星系是由一個大型螺旋星系，和一個較小的星系碰撞所形成的環形星系，
共有一個明亮的內環和色彩斑斕的外環。（NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team）

新聞來源
Witze, A. (2022). Four Revelations from the Webb Telescope about Distant Galaxies. Nature,608, 18–19.