使用六個寬帶成像濾光片測量光度紅移的圖示(左圖)。帶有強烈光譜間斷和幾條發射線的空望模型星系光譜顯示為灰色。光發射和觀察的測量波長分別列在頂部和底部。光被紅移(或拉長)了10倍。到星NIRCam濾光器的距離透射率和波長覆蓋范圍由彩色陰影區域表示。我們測量每個過濾器(圓圈)中的用太遠鏡平均通量，并在一系列紅移下用不同的空望星系模型擬合這六個數據點，以確定星系在每個紅移下的測量概率。該星系的到星最佳光度紅移為9(當宇宙年齡為5.5億歲時)，但概率分布(右圖)涵蓋了7–11的距離紅移范圍(當宇宙年齡在4.2億至7.7億歲之間時)。)鳴謝:uux.cn/米凱拉·巴格利
（神秘的用太遠鏡地球uux.cn）據美國國家航空航天局（米凱拉·巴格利）：詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的科學目標之一是了解早期宇宙中的星系是如何形成和演變成像我們銀河系一樣的更大的星系的。這個目標要求我們在宇宙歷史的空望不同時刻識別星系樣本，以探索它們的測量性質如何隨時間演變。
我們請德克薩斯大學奧斯丁分校的到星博士后研究員米凱拉·巴格利解釋天文學家如何分析來自遙遠星系的光，并確定我們“在宇宙歷史上的距離什么時候”觀察它們。
“光穿越空間需要時間。當來自遙遠星系(或太空中的任何物體)的光到達我們這里時，我們看到的是那個星系過去的樣子。為了確定過去的‘時間’，我們使用了星系的紅移。
“紅移告訴我們，當光到達我們這里時，由于宇宙的膨脹，光被拉長到更長的波長需要多長時間。我們可以利用星系光譜的特征來計算紅移，這是一種按波長分散來自目標的光的觀察，本質上是以非常小的間隔對光進行采樣。我們可以測量發射譜線和光譜突變(特定波長處光強的突然變化)，并將它們的觀測波長與已知發射波長進行比較。
“識別星系最有效的方法之一是通過成像，例如用天文臺的NIRCam(近紅外照相機)儀器。我們使用多種濾鏡采集物體不同顏色的光線來拍攝圖像。當我們測量一個星系的光度，或它在圖像中的亮度時，我們測量的是該物體在濾光片透射的整個波長范圍內的平均亮度。我們可以用NIRCam的寬帶成像濾波器觀察星系，但在波長覆蓋范圍的每0.3-1.0微米的每次測量中，都隱藏著大量的詳細信息。
“然而我們可以開始限制星系光譜的形狀。光譜的形狀受到幾個屬性的影響，包括星系中有多少恒星形成，星系中有多少塵埃，以及星系的光有多少紅移。我們將每個過濾器中星系的測量亮度與一組星系模型的預測亮度進行比較，這些星系模型在一系列紅移下跨越了一系列的屬性。根據模型與數據的吻合程度，我們可以確定星系處于特定紅移或“歷史時刻”的概率通過這種分析確定的最佳擬合紅移稱為光度紅移。
“2022年7月，研究小組使用來自CEERS巡天的NIRCam圖像，確定了兩個光度紅移大于11的星系(當時宇宙還不到4.2億歲。)這兩個物體都沒有被美國國家航空航天局的哈勃太空望遠鏡在這個領域中觀測到，因為它們要么太暗，要么只能在哈勃的靈敏度之外的波長上被探測到。新望遠鏡的這些發現非常令人興奮。

早期NIRCam成像中發現的兩個星系，光度紅移分別為11.5和16.4(當時宇宙年齡分別約為3.9億和2.4億歲)。對于每個星系，研究小組在頂部顯示所有可用過濾器中的圖像剪輯，觀察到的光度，最適合的星系模型，以及光度紅移概率分布作為插圖。鳴謝:uux.cn/上圖—芬克爾斯坦等人(2023年)；底部面板—唐南等人(2023年)
“然而，星系的光度紅移有些不確定。例如，我們可能能夠確定濾光器中存在光譜中斷，但不能確定該中斷的精確波長。雖然我們可以根據光度學的模型來估計最適合的紅移，但所得的概率分布通常很廣。
“此外，不同紅移的星系在寬帶濾光片中可能具有相似的顏色，這使得僅基于光度學很難區分它們的紅移。例如，紅移小于5(或者當宇宙存在11億年或更久時)的紅色塵埃星系和我們銀河系中的冷恒星有時可以模仿高紅移星系的相同顏色。因此，我們認為所有根據光度紅移而選出的星系都是高紅移的候選星系，直到我們可以得到更精確的紅移。
“我們可以通過獲得光譜來確定一個星系更精確的紅移。如下圖所示，當我們以更精細的波長步長測量星系的光度時，我們對紅移機率分布的計算會有所改進。隨著我們從使用寬帶濾波器成像(上圖)到使用大量更窄的濾波器(中圖)，再到光譜(下圖)，概率分布變窄。在最下面一行，我們可以開始截取特定的特征，例如最左邊的光譜突變和發射線，以獲得非常精確的紅移概率分布——光譜紅移。

圖示了當我們以越來越精細的波長步長測量星系(左圖)的光度時，紅移概率分布(右圖)是如何變窄的。信用:uux.cn/米凱拉·巴格利
“2023年2月，CEERS團隊用天文臺的NIRSpec(近紅外攝譜儀)儀器跟蹤了他們的高紅移候選者，以測量精確的光譜紅移。其中一個候選者(Maisie的星系)已經被證實處于紅移11.4(當宇宙已經3.9億歲時)，而第二個候選者被發現實際上處于更低的紅移4.9(當宇宙已經12億歲時)。)

用NIRSpec儀器對紅移11.5和16.4的兩個候選星系進行光譜觀測。最上面一行顯示的是左側的Maisie星系，它被確認為紅移11.44(或者說宇宙大約有3.9億歲)。這種紅移是基于NIRSpec光譜中上排右圖中垂直紅色虛線標記的光譜突變的檢測。底部一行顯示了唐南等人(2023)的候選者，從強雙電離氧([OIII])和氫(Hα)發射線發現其紅移為4.9。鳴謝:uux.cn/圖2和圖3來自阿拉巴爾·哈羅等人(2023)
“即使我們發現一個高紅移的候選星系實際上是一個低紅移的星系，也會非常令人興奮。它們讓我們能夠更多地了解星系中的條件以及這些條件如何影響它們的光度學，改進我們的星系光譜模型，并限制所有紅移中的星系演化。然而，他們也強調需要獲得光譜來確認高紅移的候選者。

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