大爆炸后二十亿年的原始星系类似物

深度观测正在揭示宇宙时间第一个十亿年中越来越多的年轻星系。与后期典型星系相比，它们表现出更极端的发射线特性、更高的恒星形成率、更低的质量和更小的尺寸。然而，它们的微弱亮度阻碍了对化学丰度和电离条件的研究，严重限制了我们理解驱动早期星系构建和金属增丰的物理机制。在此，我们研究了一类罕见的红移 2.4$<z<$3.5 的紫外选通、亚$L^{*}$(z=3) 星系，它们表现出原始星系预期的所有静止帧特性。这些低质量、高度致密的系统是快速形成的星系，能够在短短几千万年内使其恒星质量翻倍。它们的特点是极蓝的紫外光谱、微弱的吸收特征和明亮的星云发射线，这暗示了来自年轻热大质量恒星的硬辐射场。其高度电离的气相具有远低于太阳的碳和氧丰度，金属丰度比 $z\lesssim$2.5 处具有相似质量和恒星形成率的典型星系低两倍以上。这些年轻星系揭示了其星系结构组装和化学演化的早期且短暂的阶段，这是一个可能由富含气体的并合、贫金属气体的吸积和强外流效应主导的活跃阶段。