全面运行的詹姆斯·韦布望远镜有望揭示宇宙最早的星系

美国国家航空航天局的詹姆斯·韦布太空望远镜于2022年7月11日首次公开发布了一张迄今为止早期宇宙最深处、最清晰的红外图像,显示了一个拥有46亿年历史的星系团。这些图像和数据将帮手我们了解星系是如何演化的。

新浪科技讯 北京时间7月19日上午消息,从遥远的陌生星系中,我们可以窥见宇宙的过去。美国国家航空航天局(NASA)新近发射的红外线空间望远镜,将成为我们探索宇宙深处的“导游”。

7月11日,美国总统拜登在白宫公布了詹姆斯·韦布太空望远镜(常缩写为JWST或Webb,以下简称韦布望远镜)拍摄的第一张官方照片。这是一张清晰度令人震惊的全彩色图像,也是有史以来拍摄的最遥远的深空宇宙图像。未来詹姆斯·韦布望远镜还将进行更多的时间旅行,科学家们希望这台望远镜能让我们看到宇宙中最早的一些星系。

“看到宇宙最初4亿年时的景象,我感到非常兴奋。此前我们还没有看到任何东西显示它当时是什么样子的,我们将用韦布望远镜第一次看到它。”美国太空望远镜科学研究所的天文学家丹·科(Dan Coe)说,“我们还将看到早期宇宙中的星系是什么样子的。”太空望远镜科学研究所位于巴尔的摩市的约翰·霍普金斯大学,是哈勃太空望远镜、詹姆斯·韦布太空望远镜和罗曼空间望远镜的科学控制中心。

20多年前,当科学家们着手开发韦布望远镜时,这项任务的主要目标之一就是观测宇宙中最早的星系。这些星系如此遥远,以至于它们发出的光需要数十亿年才能到达地球;它们是早期宇宙的遗迹——在我们看来,这些遥远星系的光第一次到达地球时,就保留了它们在宇宙诞生不久时的样子。没有人确切知道这些遗迹意味着什么,而韦布望远镜团队的科学家们迫不及待地想要找到答案。

凭借令人难以置信的灵敏度和在红外光下的视觉能力,韦布望远镜将第一次揭示这些星系的“真面目”。想象一下数十亿年前的宇宙,当光线从恒星中流出并开始穿越空间时,宇宙开始逐渐在这些恒星周围膨胀,最终导致地球与任何指定的恒星的距离都比亿万年前远得多。当一颗恒星离我们越来越远时,它发出的光的波形就会像弹簧一样伸展,波长增加,这种现象被天文学家称为“红移”:人类肉眼所看到的蓝光会延伸至更红的光,而可见光波长则延伸至红外光波长。

詹姆斯·韦布太空望远镜也将开始拍摄“斯蒂芬五重奏”的图像,以研究星系的碰撞。斯蒂芬五重奏是由5个视觉可见的星系组成的星系群,位于飞马座,其中4个星系具有物理上的关联性,形成一个致密星系群

我们看不见红外光,哈勃太空望远镜也看不见,因为它只能观测到可见光和紫外线。比拟之下,韦布望远镜能够看到已经红移到红外线波长的古老星光。韦布望远镜比哈勃望远镜更大,灵敏度也更高,这使其能够探测到极其微弱的光线,从而更适合研究最遥远的星系。“(韦布望远镜探测的)波长更长,我们就可以看到比哈勃望远镜所探测的更早之前的东西,从而看到更久远之前,”丹·科说,“我们也能够看到这些早期星系的全貌。”

韦布望远镜的新图像将包含这些古老星系的真实模样。科学家认为,最早的星系可能比现代星系要小得多,也更混乱。小而无组织的星团会合并形成更复杂的形态,比如螺旋形的银河系。该理论认为,这样的碰撞也可能导致新恒星的诞生。

“当星系碰撞时,它们不是砰的一声相撞,而是更像搅动,”韦布望远镜的高级项目科学家乔纳森·加德纳(Jonathan Gardner)在6月底举行的一次媒体活动中说,“因为星系大部分由空无一物的空间构成,恒星本身很少彼此碰撞。但其中的气体确实会发生碰撞,并引发大量的恒星形成,在最终合并的星系中形成下一代恒星。”

在韦布望远镜运行的第一年,与其相关的多个研究项目将聚焦于早期恒星和星系上。丹·科正领导着其中的两个项目,一个专注于哈勃望远镜所发现的最遥远的星系之一,另一个则专注于迄今为止已观测到的最遥远个体恒星——埃兰迪尔(Earendel,在古英语中意为“晨星”)。

埃兰迪尔又称为WHL0137-LS恒星,在2022年3月30日由NASA颁布颁发发现,此前哈勃太空望远镜曾别离在2016年6月7日、7月17日和2019年11月4日、11月27日对其进行了拍摄。天文学家之所以能发现这颗恒星及其星系,是因为其正前方星系团引发了所谓的引力透镜效应,放大了来自该恒星的光。引力透镜是指质量极大的物体(比如星系团)的引力会扭曲其背后物体发出的光,使光弯曲并放大。事实上,科学家们已经通过引力透镜效应增强了韦布望远镜的探测能力,在其第一张深场彩色图像中,就展示了引力透镜对部分星系图像的扭曲效应。

其他多个研究项目也将关注早期星系,包罗韦布望远镜“早期发布科学计划”(Early Release Science initiative)涉及的若干星系。该项目将在韦布望远镜运行的前5个月中快速公布数据,使科学家们可以学习如何更有效地使用该望远镜的数据。从一个研究星系演化的项目,到一个专注于合并星系的项目,韦布望远镜将与世界各地的科学家们分享宇宙最早星系的数据,深入探索这些形成于宇宙诞生之初的星系。

丹·科表示,他已经看到了一些早期的观测结果,而对于未来更深入的探索,他已经迫不及待。“我真的很兴奋能看到这些观测中看到的结果,”他说,“我已经看到了一些最初的数据,必然会让你大吃一惊。”

本文来自“新浪科技”,经。

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