两周内韦伯太空望远镜正在重塑天文学

2022-07-31 10:06阅读：

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两周内韦伯太空望远镜正在重塑天文学
在巨型望远镜开始提供数据后的几天里，天文学家报告了关于星系、恒星、系外行星甚至木星的令人兴奋的新发现。
ASTRONOMY
撰稿作者
Jonathan O'Callaghan
July 25, 2022

詹姆斯·韦伯太空望远镜的星系NGC 7496的观望揭示恒星正在积极形成地方的明亮的尘埃和气体通道。NASA, ESA, CSA, STScI and Judy Schmidt
7月11日，一旦拜登总统公布了来自詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST

）的第一张照片后，马西莫·帕斯卡尔和他的团队跳入了行动。
加州大学伯克利分校的天体物理学家帕斯卡尔和14名合作者了分担起了战胜松散协调的任务。该图像显示了在天空的针尖大小的部分有数千个星系，随它们的光围绕一个中央星系团弯曲一些被放大了。该团队开始仔细检查这幅图像，希望发表非常的第一篇詹姆斯·韦伯太空望远镜科学论文。帕斯卡尔说，“我们不停地工作，这就像一个逃生室一样”。
三天后，刚好在科学家能上传早期版本论文地方的预印档案组织每日截止前几分钟该团队提交了他们的研究。他们13秒错过了是第一名，帕斯卡尔说，“这很有趣”。

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胜利者英国杜伦大学的纪劳姆·马勒及其同事分析了相同的第一张詹姆斯·韦伯太空望远镜图像。马勒说，“能够获取这个惊人的数据并发布它刚好是太愉快，如果我们能快速做它，我们为什么应该等待？”
正如马勒叫它“健康的竞争”一样，在科学家开始从期待已久的红外传感巨型望远镜接收数据几天后突出已经正在来到的詹姆斯·韦伯太空望远镜的大量的科学。
时间的黎明
詹姆斯·韦伯太空望远镜备受吹捧的能力之一是来往回看时间到早期宇宙并看到一些第一批星系和恒星。这架望远镜------于2021年圣诞节发射，现在已经距离地球150万公里 ------已经发现了已知最遥远、最早的星系。

一个被标榜为GLASS-z13新发现的星系，它是如此遥远以至于我们看它就像它在大爆炸后3亿年出现了的一样，现在保持着已知最早星系的记录。这一记录预计不会持续太久。Naidu et al, P. Oesch, T. Treu, GLASS-JWST, NASA/CSA/ESA/STScI
两个团队当分别分析对GLASS勘察的JWST观测时发现了这个星系，这是望远镜第一年在太空中计划的200多个科学项目之一。这两个团队，一个由马萨诸塞州哈佛-史密森天体物理中心的罗汉奈度领导，另一个由罗马天文台的马克卡斯特拉诺领导，在数据中识别了两个特别遥远的星系：一个如此遥远以至于詹姆斯·韦伯太空望远镜检测到它在大爆炸后4亿年发射的光（与哈勃太空望远镜从来发现的最古老的星系并列），另一个被称标榜GLASS-z13，看到了它为在大爆炸后3亿年出现了。卡斯特拉诺说，“这会是从来发现的最遥远的星系”。
这两个星系看起来极端的小，可能比银河系更小100倍，但它们显示出令人惊讶的恒星形成率，并且已经包含了我们太阳质量的10亿倍------超过这个年轻星系预期的。其中一个年轻的星系甚至显示一个圆盘状结构的证据。将进行更多的研究来分解它们的光来收集它们的特征。
德克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家、宇宙演化早期发布科学（CEERS）勘察的成员列别卡拉尔森说，另一个早期宇宙计划也折腾出了“令人难以置信的遥远星系”仅在进入勘察几周，该团队已经从宇宙的前5亿年收集了少数几个星系，尽管拉尔森和她的同事还没有公布他们的确切发现。她说，“这比我想象的要好，这只是开始”。

望远镜的第一张公开图像显示一个名为SMACS 0723的星系团，它是如此之重它翘曲放大了来自其外遥远星系的光。NASA, ESA, CSA, and STScI
更多的早期星系隐藏在由拜登总统提出并被帕斯卡尔和马勒研究的星系团图像中。该星团叫 SMACS 0723，它如此重以至于它弯曲来自更远处天体的光线，将它们带入视野。帕斯卡尔和马勒发现了多达16个在图像中已经被放大的遥远星系，它们的确切年龄尚不清楚。
望远镜更仔细观察了图像中一个遥远的星系，一个可追溯回到大爆炸后7亿年的光污。用它的光谱仪，詹姆斯·韦伯太空望远镜探测到银河系中的重元素特别是氧。现在，科学家们正希望望远镜将在甚至更早的星系中发现缺失的重元素------这些星系只包含第三族恒星的证据，假设的宇宙中第一批恒星，被认为已经是巨大的大并完全由氢和氦组成。（只有当这些恒星爆炸了它们才会锻造出更重的元素如氧并将它们吐入宇宙）。
牛津大学天体物理学家安迪·邦克说，“我们正在寻找我们没有看到重元素的星系，这可能是第一代恒星从原始氢和氦形成的烟枪。理论上它们应该存在。这取决于它们是否足够明亮”。
星系结构
对寻求了解星系结构以及恒星如何在它们中形成的科学家，詹姆斯·韦伯太空望远镜已经提供了有影响力的数据。

詹姆斯·韦伯太空望远镜在NGC 7496星系中看到了星形成的带一样通道，这些通道被以前尘埃笼罩，因此在哈勃太空望远镜拍摄的图像中是不可见的。NASA, ESA, CSA, STScI and Judy Schmidt
由亚利桑那州国家科学基金会NOIRLab的加尼斯李领导的一个观测项目寻找星系中恒星形成的年轻场所。代表李的团队，詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到一个2400万光年外叫NGC 7496的星系，它的年轻的恒星形成区域至今一直被笼罩在黑暗中。哈勃的仪器不能够穿透围绕这些区域的厚厚的尘埃和气体。然而，詹姆斯·韦伯太空望远镜能看从尘埃反弹的红外光，允许望远镜来探测当恒星打开并在它们核中点燃核聚变的时刻。李说，“尘埃实际上正在照亮起来”。
她说，最值得注意的是NGC 7496是一个正常的星系，“不是一个典型的星系”。然而在詹姆斯·韦伯太空望远镜的观望的眼睛中，它突然变得栩栩如生并揭示恒星正在形成的渠道。她说“这只是现象的”。
与此同时，亚利桑那州黑暗天空保护公司黑暗天空咨询的天文学家约翰巴伦丁在詹姆斯·韦伯太空望远镜的第一批图像之一中做出了一个更偶然的发现。望远镜的距离地球2500光年的南环星云照片显示出显著的清晰度。离开侧面，一个有趣的星系从边缘观望到（研究这个星系的中央凸起的独特有利位置），以前被误认为是星云本身的一部分戳进了视野。

在JWST的南环星云图像中观望到了一个完美边缘的盘星系。独特的有利点让科学家研究星系中央凸起的结构。NASA, ESA, CSA, and STScI
巴伦丁说，“我们有这个优雅灵敏的机器，它将偶然的揭示我们甚至不知道我们正在寻找的东西，在韦伯拍摄的几乎每张照片中，都值得在背景中四处戳”。
星星和行星的眼睛
更小的目标也在詹姆斯·韦伯太空望远镜的十字准线中，包括我们自己太阳系的行星。木星以华丽的方式作为第一批图像的一部分出现，在一个仅持续75秒的曝光中拍摄。
天文学家知道木星的高层大气比低层大气更热数百度，但他们不确定为什么。通过探测红外光，詹姆斯·韦伯太空望远镜可以看到被加热的高层大气闪耀，它看起来像一个围绕这颗行星的红色环一样。莱斯特大学行星科学家亨里克梅林说，“我们在云层上方几百公里处有这个层，它正发光因为它是热的，我们以前从未在全球范围内看到过这样的情况。这是一件非同寻常的事情”。
梅林的项目计划在未来几周内使用詹姆斯·韦伯太空望远镜来研究这种大气热背后的驱动力。

木星高层大气的神秘、炽热的辉光在詹姆斯·韦伯太空望远镜对木星的75秒曝光中是可见的。同样可见的是木星的薄环和它的冰卫星欧罗巴在左边闪闪发光。在行星底部边缘一个小的大气扰动是可见的，被一个与火山卫星伊奥的相互作用造成。NASA, ESA, CSA, STScI and Judy Schmidt
隐藏在詹姆斯·韦伯太空望远镜木星图像中的是火山卫星伊奥与木星的极光相互作用------在极光中创造一个小凸起。梅林说，该图像揭示“来自伊奥的沿着磁场线流的物质，这詹姆斯·韦伯太空望远镜也正在探测其他恒星系统中的行星。望远镜已经窥视了著名的特拉皮斯特（TRAPPIST-1）系统，这是一颗有七个地球大小世界（有些可能是可居住的）的红矮星，尽管数据仍在被分析中。早期的观测已经发布了一颗不太好客的行星，一颗名为WASP-96 b的“热木星”，在一个狭窄的3.4天轨道围绕它的恒星。
詹姆斯·韦伯太空望远镜在行星的大气层中发现了水蒸气，证实哈佛 - 史密森尼中心的齐码麦克格鲁德尔及其同事用一台地面望远镜几天前报道的水的证据。但詹姆斯·韦伯太空望远镜能走得更远，通过观察WASP-96 b的碳对氧的比例，它可能能够解决一个关于热木星的混杂之谜：它们如何围绕它们的恒星获得如此紧密的轨道。更多的氧会暗示气态巨行星最初的环绕它们的恒星形成，而一个更高的碳比会暗示它是在更远的富含碳的区域形成。
与此同时，詹姆斯·韦伯太空望远镜可能已经在天空中发现了一个临时的光------一个被称为瞬态的短暂事件------这它最初并不被涉及来做的。马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所（詹姆斯·韦伯太空望远镜的运行中心）的天文学家麦克恩格瑟尔及其同事注意到一个在同一区与的哈勃望远镜图像中不明显的明亮天体。他们认为这是一颗超新星或爆炸的恒星，距离大约30亿光年------望远镜能发现这些事件的证明。

1. The Webb Space Telescope Will Rewrite Cosmic History. If It Works.

2. The Astronomer Who’s About to See the Skies of Other Earths

3. Astronomers Reimagine the Making of the Planets

詹姆斯·韦伯太空望远镜也应该能够发现更遥远的超新星，这将为它提供另一种方式来服务于作为早期宇宙的一个探测。它还可能发现被位于星系中心的超大质量黑洞撕裂的恒星，某些以前的望远镜从未见过的东西。太空望远镜科学研究所的天文学家奥利福克斯说，“第一次我们将能够窥视进这些非常深的黑暗区域”，他领导研究瞬态的团队。
与其他天文现象一样瞬变将被重新定义。经过几十年的规划和建设，詹姆斯·韦伯太空望远镜已经上天运行。现在的问题是跟上科学从一台如此复杂但毫无瑕疵几乎无视它被人类大脑建造的信念的机器传来的恒定的倾泻。拉尔森说，“它正在工作，而且它疯狂的”。
更正：2022年7月25日
修改了文本，以减少关于被卫星伊奥造成的木星极光凸起位置的混淆。
更正：2022年7月27日
对WASP-96 b测量的碳氧比意味关于行星形成地方的描述进行了更正。
https://www.quantamagazine.org/two-weeks-in-the-webb-space-telescope-is-reshaping-astronomy-20

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