韋布望遠鏡揭示早期星系的「隱藏」恆星質量

一個由荷蘭萊頓大學帶領的國際研究團隊，利用詹姆斯・韋布太空望遠鏡（JWST）的近紅外光譜儀 NIRSpec，配合地面甚大望遠鏡（VLT）的 LEGA-C 深度光譜，研究 9 個紅移約 0.7 的大型「靜止星系」——即已經停止大量形成新恆星的星系。

研究最關鍵的發現是：這 9 個星系全部都含有比銀河系比例更多的低質量恆星。換句話說，它們的恆星初始質量函數（initial mass function，IMF）較「偏向低質量」；星系形成時，誕生了大量又暗又輕的矮星。

點樣量度平時幾乎睇唔到的矮星？

低質量矮星單獨發出的光非常微弱，通常很容易被較明亮的大質量恆星掩蓋。不過，團隊利用 JWST-IMFERNO 計劃取得的超深 NIRSpec 光譜，捕捉到對矮星較敏感的吸收特徵；再加上 VLT LEGA-C 提供的深度藍光光譜，便可以同時分析星系的不同波長範圍。

近紅外部分有助辨認低質量矮星留下的訊號，光學部分則可以約束星系內恆星的年齡、金屬含量，以及不同元素的豐度。兩者合併後，研究人員不需要單純套用銀河系的恆星出生質量分布，而是可以更直接地測量這批遙遠星系的 IMF。

暗淡矮星，點解會令星系「重」好多？

低質量恆星對星系總光度的貢獻不大，但由於數量可以非常多，累積起來卻佔據相當比例的恆星質量。過往如果假設遙遠星系的 IMF 跟銀河系一樣，便可能低估它們真正擁有的恆星質量。

對樣本中兩個最古老的星系，研究人員認為它們是 JWST 所見「極早成熟星系」的後代。套用今次實際量度到的偏低質量 IMF 後，這兩個星系的推算恆星質量增加約 3 至 4 倍。

早期宇宙的星系形成難題，反而更棘手

JWST 已經發現一些在宇宙非常年輕時便擁有大量恆星、甚至已經停止形成新恆星的星系。例如，GS-9209 的光譜確認顯示，它在大爆炸後約 12.5 億年已是一個大型靜止星系。