詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡揭示早期宇宙的恒星和星系如何形成
0
這幅來(lái)自美國(guó)宇航局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)的紅外圖像是為JWST高級(jí)深河外巡天計(jì)劃(JADES)拍攝的。它顯示了被稱為南方的斯韋天空區(qū)域的一部分，這個(gè)區(qū)域已經(jīng)被哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和其他天文臺(tái)很好的伯太溫州包夜外圍外圍上門外圍女（微信181-8279-1445）一二線熱門城市上門真實(shí)可靠快速安排30分鐘到達(dá)研究過(guò)了。這里可以看到超過(guò)45，空望000個(gè)星系。遠(yuǎn)鏡宇宙鳴謝:美國(guó)航天局、揭示歐空局、星和星系加空局、何形布蘭特·羅伯遜(加州大學(xué)圣克魯斯分校)、詹姆早期本·約翰遜(CfA)、斯韋桑德羅·塔切拉(劍橋)、伯太瑪西婭·里克(亞利桑那大學(xué))、空望溫州包夜外圍外圍上門外圍女（微信181-8279-1445）一二線熱門城市上門真實(shí)可靠快速安排30分鐘到達(dá)丹尼爾·艾森斯坦(CfA)。遠(yuǎn)鏡宇宙圖像處理:艾麗莎·帕甘(STScI)
（神秘的揭示地球uux.cn）據(jù)美國(guó)宇航局：成千上萬(wàn)的小星系散布在黑色背景上。有些是星和星系螺旋形，而有些是水滴形橢圓形。少數(shù)螺旋帶藍(lán)色，但大多數(shù)星系呈現(xiàn)黃色或紅色。少數(shù)恒星顯示出八點(diǎn)衍射尖峰。
天文學(xué)中最基本的問(wèn)題是:最初的恒星和星系是如何形成的？美國(guó)宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)為這個(gè)問(wèn)題提供了新的見(jiàn)解。韋伯科學(xué)生涯第一年中最大的項(xiàng)目之一是JWST高級(jí)深河外巡天，或JADES，它將花費(fèi)大約32天的望遠(yuǎn)鏡時(shí)間來(lái)發(fā)現(xiàn)和描述昏暗遙遠(yuǎn)的星系。雖然數(shù)據(jù)還在不斷傳來(lái)，JADES已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個(gè)在宇宙不到6億年前就存在的星系。該小組還發(fā)現(xiàn)了閃爍著大量年輕熾熱恒星的星系。
“有了JADES，我們想回答很多問(wèn)題，比如:最早的星系是如何自我組裝的？它們形成恒星的速度有多快？為什么有些星系會(huì)停止形成恒星？”JADES項(xiàng)目的聯(lián)合負(fù)責(zé)人、圖森市亞利桑那大學(xué)的瑪西婭·里克說(shuō)。
明星工廠
德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Ryan Endsley領(lǐng)導(dǎo)了一項(xiàng)對(duì)宇宙大爆炸后5億到8.5億年間存在的星系的研究。這是一個(gè)被稱為再電離時(shí)代的關(guān)鍵時(shí)期。在大爆炸后的幾億年里，宇宙充滿了氣態(tài)的霧氣，使得高能光線無(wú)法穿透。到大爆炸后的十億年，霧已經(jīng)散去，宇宙變得透明，這一過(guò)程被稱為再電離?？茖W(xué)家們一直在爭(zhēng)論活躍的超大質(zhì)量黑洞或充滿熾熱年輕恒星的星系是否是再電離的主要原因。
作為JADES計(jì)劃的一部分，Endsley和他的同事們用Webb的NIRSpec(近紅外光譜儀)儀器研究了這些星系，以尋找恒星形成的信號(hào)——并發(fā)現(xiàn)了大量的恒星。“我們發(fā)現(xiàn)的幾乎每一個(gè)星系都顯示出這些異常強(qiáng)烈的發(fā)射線信號(hào)，表明最近有密集的恒星形成。“這些早期星系非常擅長(zhǎng)創(chuàng)造熾熱的大質(zhì)量恒星，”Endsley說(shuō)。
這些明亮的大質(zhì)量恒星發(fā)出大量的紫外光，通過(guò)電離原子，從原子核中移除電子，將周圍的氣體從不透明轉(zhuǎn)變?yōu)橥该?。由于這些早期星系擁有如此大量的熱大質(zhì)量恒星，它們可能是再電離過(guò)程的主要驅(qū)動(dòng)力。后來(lái)電子和原子核的再結(jié)合產(chǎn)生了特別強(qiáng)的發(fā)射譜線。
Endsley和他的同事們還發(fā)現(xiàn)證據(jù)表明，這些年輕的星系經(jīng)歷了恒星快速形成的時(shí)期，其間穿插著較少恒星形成的平靜期。這些時(shí)斷時(shí)續(xù)可能發(fā)生在星系捕獲形成恒星所需的氣態(tài)原料團(tuán)塊的時(shí)候。或者，由于大質(zhì)量恒星快速爆炸，它們可能周期性地向周圍環(huán)境注入能量，阻止氣體冷凝形成新的恒星。
早期宇宙揭示了
JADES計(jì)劃的另一個(gè)要素是尋找宇宙不到4億年時(shí)存在的最早的星系。通過(guò)研究這些星系，天文學(xué)家可以探索宇宙大爆炸后早期的恒星形成與現(xiàn)在看到的有何不同。由于宇宙的膨脹，來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的光被拉伸到更長(zhǎng)的波長(zhǎng)和更紅的顏色——這種現(xiàn)象被稱為紅移。通過(guò)測(cè)量一個(gè)星系的紅移，天文學(xué)家可以知道它有多遠(yuǎn)，從而知道它在早期宇宙中的存在時(shí)間。在韋伯之前，只有幾十個(gè)星系被觀測(cè)到紅移超過(guò)8，而宇宙的年齡還不到6.5億年，但JADES現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近千個(gè)這些極其遙遠(yuǎn)的星系。
確定紅移的黃金標(biāo)準(zhǔn)包括查看星系的光譜，這可以測(cè)量其在無(wú)數(shù)密集波長(zhǎng)下的亮度。但是一個(gè)很好的近似值可以通過(guò)使用濾光器拍攝星系的照片來(lái)確定，每個(gè)濾光器覆蓋一個(gè)狹窄的顏色波段，以獲得少量的亮度測(cè)量值。通過(guò)這種方式，研究人員可以一次估計(jì)出數(shù)千個(gè)星系的距離。
圖森市亞利桑那大學(xué)的凱文·海恩林(Kevin Hainline)和他的同事使用韋伯的NIRCam(近紅外相機(jī))儀器獲得了這些測(cè)量結(jié)果，稱為光度紅移，并確定了700多個(gè)候選星系，這些星系存在于宇宙年齡在3.7億至6.5億年之間。這些星系的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了韋伯發(fā)射前的觀測(cè)預(yù)測(cè)。天文臺(tái)精致的分辨率和靈敏度讓天文學(xué)家比以往任何時(shí)候都更好地觀察這些遙遠(yuǎn)的星系。
“以前，我們能看到的最早的星系看起來(lái)只是一些小斑點(diǎn)。然而這些污跡代表了宇宙開(kāi)始時(shí)數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億顆恒星，”海恩林說(shuō)。“現(xiàn)在，我們可以看到其中一些實(shí)際上是具有可見(jiàn)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展對(duì)象。我們可以看到恒星群在時(shí)間開(kāi)始后僅僅幾億年就誕生了?！?br>“我們發(fā)現(xiàn)早期宇宙中的恒星形成比我們想象的要復(fù)雜得多，”里克補(bǔ)充道。
這些結(jié)果將在新墨西哥州阿爾伯克基舉行的美國(guó)天文學(xué)會(huì)第242次會(huì)議上公布。
詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡是世界上首屈一指的太空科學(xué)天文臺(tái)。韋伯將解開(kāi)我們太陽(yáng)系的謎團(tuán)，探索其他恒星周圍的遙遠(yuǎn)世界，探索我們宇宙的神秘結(jié)構(gòu)和起源以及我們?cè)谄渲械奈恢谩ebb是由NASA及其合作伙伴ESA(歐洲航天局)和加拿大航天局領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)國(guó)際計(jì)劃。
勞拉·貝茲馬里蘭州格林貝爾特美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心。
克里斯汀·普廉姆馬里蘭州巴爾的摩太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所。