詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到的矮星系赛克斯特斯 A。 (图片来源：NASA, ESA, CSA, STScI, Janice Lee (NOIRLab)。图像处理：Alyssa Pagan (STScI)。) 利用詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST)，天文学家发现了早期银河系的秘密，这些银河系为幼小的宇宙注入了尘埃，这些尘埃对新星的形成和银河系的生长至关重要。然而，尽管 JWST 足够强大，可以观察到许多早期银河系，但在深入研究这些银河系时仍然受到限制。因此，研究小组通过研究一个距离更近、更现代的银河系，来克服这一限制，该银河系具有许多类似于宇宙最早银河系的特征。由于无法研究早期宇宙中使银河系种子化的“金属”（天文学家用来描述比氢和氦重的元素的术语）的过程，研究人员将注意力转向了一个距离只有 460 万光年的矮星系。国家天文物理研究所 (INAF) 的研究小组负责人 Claudio Gavetti 在一份声明中表示：“直接研究填充早期宇宙的银河系仍然非常困难，这就是为什么观察像赛克斯特斯 A 这样具有相似化学条件的邻近银河系，为我们提供了宝贵的机会，以了解第一代恒星是如何演化的，以及它们在转化星际介质中所起的作用。”赛克斯特斯 A 如何模仿古老的银河系？早期宇宙在化学性质上是一个相当乏味的地方。这是因为它以最轻的元素氢为主，混合着一些氦和少量的重元素，或称金属。这意味着第一代恒星，所谓的 POP III 星，相应地金属含量稀少。然而，在它们的生命过程中，POP III 星在其核心中融合氢和氦以铸造更重的元素。当这些原始星星走到生命的尽头时，它们通过超新星爆炸将这些金属散布到星际介质中，星际介质是恒星之间的巨大尘埃和气体云。最终，这些巨云中的稠密且凉爽的斑块在自身引力的作用下崩塌，诞生出下一代恒星，POP II 星，这得益于它们前身超新星的死亡，使得它们在金属方面更为丰富。从詹姆斯·韦伯太空望远镜观察到的矮星系赛克斯特斯 A。 (图片来源：NASA, ESA, CSA, STScI, Janice Lee (NOIRLab)。图像处理：Alyssa Pagan (STScI)。) 我们自己的恒星——太阳被归类为 POP I 星，意味着它的金属含量甚至比这些二代恒星更丰富。然而，并非所有现代银河系都如此金属丰富；这对于像赛克斯特斯 A 这样的矮星系尤其如此，尽管它位于我们宇宙后院的边缘，被称为“本地团”。赛克斯特斯 A 的金属含量之低，估计仅占太阳中重元素的 1% 至 7%。这使得它成为研究金属含量低的早期银河系的绝佳代理。在使用 JWST 的近红外相机 (NIRCam) 和中红外仪器 (MIRI) 时，Gavetti 和同事获得了赛克斯特斯 A 的高分辨率观测，使他们能够映射矮星系中的整个恒星群体，这一群体处于称为“渐近红巨星分支”的演化阶段。这个阶段发生在大于太阳的恒星耗尽其核心的氦，形成一个惰性碳心脏，但外部交替的氦和氢燃烧层中的核聚变仍在继续。这些恒星因此“膨胀”，并可能经历数千倍的亮度增加。赛克斯特斯 A 的图像，其中红色表示尘埃的红外辐射，蓝色表示氢原子气体的辐射，绿色表示新形成的恒星产生的远紫外辐射。 (图片来源：Yong Shi) 研究小组的发现揭示了他们研究的约 90% 渐近红巨星分支恒星并未被尘埃包围。然而，大约 20 颗恒星嵌入了厚厚的尘埃壳中。他们还发现这些“尘埃工厂”形成于大约 20 亿到 30 亿年前，起始质量约为太阳质量的 1.5 倍。这项研究在理解早期宇宙中哪些恒星最有可能创造出丰富下一代恒星所需的金属尘埃方面取得了重大进展。这意味着它有助于描绘出我们今天所见宇宙的形成全貌。参与这项研究的科学家表示，在韦伯号发射之前，这种类型的研究是不可能的。“JWST 使我们能够以前所未有的细节观察到几个年前我们无法企及的环境，”INAF 的团队成员 Flavia Dell'Agli 说。“这些数据的价值不仅在于图像，而且在于能够将它们与理论模型进行比较，并验证这些模型描述演化的正确性。