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星系的大小和面亮度是理解星系如何组装恒星、增长结构并演化成今天形态的基本观测量。过去基于 HST 的研究已经发现高红移星系通常更加致密，但受限于观测波段，星系尺寸和面亮度的研究局限于静止光学波段，其演化幅度仍存在分歧。JWST 在近红外波段的高灵敏度和高分辨率，使我们能够在更接近恒星质量分布的静止系近红外波段重新检验这一问题。

研究结果

本研究利用 JWST COSMOS-Web 巡天数据，构建了 15,420 个恒星质量为 (10¹⁰ – 10^11.5 M_☉)、红移 (0.5 ≤ z ≤ 3) 的星系样本，并将 NIRCam 多波段结构测量转换到静止系 J 波段。如图1所示，结果表明，在固定恒星质量 (5 * 10¹⁰ M_☉) 时，恒星形成星系的有效半径随红移演化为 (R_e,J ∝ (1+z)^-0.92)，宁静星系演化更快，为 (R_e,J ∝ (1+z)^-1.34)。与此同时，星系的内禀 J 波段面亮度在高红移显著变亮，恒星形成星系和宁静星系的演化斜率分别为 (?_J ∝?2.5 log(1 + z)^3.07) 和 (?_J ∝?2.5 log(1 + z)^3.70)。

星系面亮度的快速演化并不只是由于高红移星系更亮，而是由光度增强和尺寸增长共同决定，其中尺寸演化起到主导作用。对于恒星形成星系，高红移时期更高的恒星形成率面密度会提高近红外光度，随着红移下降，星系由内向外增长、径向迁移、团块驱动的恒星再分布等过程则推动星系尺寸逐渐增大。对于宁静星系，更快且更一致的尺寸增长可能与并合有关，小并合在外部沉积恒星也有一定的贡献。

值得注意的是，大质量恒星形成星系在同一红移下具有近似相同的内禀面亮度，说明其光度增长和尺寸增长可能以相对协调的方式共同演化，反映出大质量星系结构组装过程中的自调节特征。

图1.星系大小和面亮度的红移演化。

研究论文

该论文题为“COSMOS-Web: Galaxy Size and Surface Brightness Evolution at Rest-Frame 1.22 ?m Since z= 3”，已于《天体物理学期刊快报》（ApJL）正式发表。论文第一作者及通讯作者为cctv5+正在直播 东华大学余思悦副教授，共同通讯作者还包括张小霞助理教授。其他合作者涵盖cctv5+正在直播 东华大学方陶陶教授，以及多位来自国外相关研究机构的合作人员。

该研究得到了中国国家SKA专项、国家自然科学基金、中国空间站工程科学研究基金、国家重点研发计划的支持。

论文链接：

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae77f8