北京時(shí)間 7 月 19 日上午消息，從遙遠(yuǎn)的陌生星系中，我們可以窺見宇宙的過去。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）新近發(fā)射的紅外線空間望遠(yuǎn)鏡，將成為我們探索宇宙深處的“導(dǎo)游”。
▲ 美國(guó)國(guó)家航空航天局的詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡于 2022 年 7 月 11 日首次公開發(fā)布了一張迄今為止早期宇宙最深處、最清晰的紅外圖像，顯示了一個(gè)擁有 46 億年歷史的星系團(tuán)。這些圖像和數(shù)據(jù)將幫助我們了解星系是如何演化的。
7 月 11 日，美國(guó)總統(tǒng)拜登在白宮公布了詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（?？s寫為 JWST 或 Webb，以下簡(jiǎn)稱韋伯望遠(yuǎn)鏡）拍攝的第一張官方照片。這是一張清晰度令人震驚的全彩色圖像，也是有史以來拍攝的最遙遠(yuǎn)的深空宇宙圖像。未來詹姆斯?韋伯望遠(yuǎn)鏡還將進(jìn)行更多的時(shí)間旅行，科學(xué)家們希望這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡能讓我們看到宇宙中最早的一些星系。
“看到宇宙最初 4 億年時(shí)的景象，我感到非常興奮。此前我們還沒有看到任何東西顯示它當(dāng)時(shí)是什么樣子的，我們將用韋伯望遠(yuǎn)鏡第一次看到它?！泵绹?guó)太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的天文學(xué)家丹?科（Dan Coe）說，“我們還將看到早期宇宙中的星系是什么樣子的?！碧胀h(yuǎn)鏡科學(xué)研究所位于巴爾的摩市的約翰?霍普金斯大學(xué)，是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡和羅曼空間望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)控制中心。
20 多年前，當(dāng)科學(xué)家們著手開發(fā)韋伯望遠(yuǎn)鏡時(shí)，這項(xiàng)任務(wù)的主要目標(biāo)之一就是觀測(cè)宇宙中最早的星系。這些星系如此遙遠(yuǎn)，以至于它們發(fā)出的光需要數(shù)十億年才能到達(dá)地球；它們是早期宇宙的遺跡 —— 在我們看來，這些遙遠(yuǎn)星系的光第一次到達(dá)地球時(shí)，就保存了它們?cè)谟钪嬲Q生不久時(shí)的樣子。沒有人確切知道這些遺跡意味著什么，而韋伯望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們迫不及待地想要找到答案。
憑借令人難以置信的靈敏度和在紅外光下的視覺能力，韋伯望遠(yuǎn)鏡將第一次揭示這些星系的“真面目”。想象一下數(shù)十億年前的宇宙，當(dāng)光線從恒星中流出并開始穿越空間時(shí)，宇宙開始逐漸在這些恒星周圍膨脹，最終導(dǎo)致地球與任何指定的恒星的距離都比億萬年前遠(yuǎn)得多。當(dāng)一顆恒星離我們?cè)絹碓竭h(yuǎn)時(shí)，它發(fā)出的光的波形就會(huì)像彈簧一樣伸展，波長(zhǎng)增加，這種現(xiàn)象被天文學(xué)家稱為“紅移”：人類肉眼所看到的藍(lán)光會(huì)延伸至更紅的光，而可見光波長(zhǎng)則延伸至紅外光波長(zhǎng)。
▲ 詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡也將開始拍攝“斯蒂芬五重奏”的圖像，以研究星系的碰撞。斯蒂芬五重奏是由 5 個(gè)視覺可見的星系組成的星系群，位于飛馬座，其中 4 個(gè)星系具有物理上的關(guān)聯(lián)性，形成一個(gè)致密星系群
我們看不見紅外光，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡也看不見，因?yàn)樗荒苡^測(cè)到可見光和紫外線。相比之下，韋伯望遠(yuǎn)鏡能夠看到已經(jīng)紅移到紅外線波長(zhǎng)的古老星光。韋伯望遠(yuǎn)鏡比哈勃望遠(yuǎn)鏡更大，靈敏度也更高，這使其能夠探測(cè)到極其微弱的光線，從而更適合研究最遙遠(yuǎn)的星系。“（韋伯望遠(yuǎn)鏡探測(cè)的）波長(zhǎng)更長(zhǎng)，我們就可以看到比哈勃望遠(yuǎn)鏡所探測(cè)的更早之前的東西，從而看到更久遠(yuǎn)之前，”丹?科說，“我們也能夠看到這些早期星系的全貌。”
韋伯望遠(yuǎn)鏡的新圖像將包含這些古老星系的真實(shí)模樣。科學(xué)家認(rèn)為，最早的星系可能比現(xiàn)代星系要小得多，也更混亂。小而無組織的星團(tuán)會(huì)合并形成更復(fù)雜的形態(tài)，比如螺旋形的銀河系。該理論認(rèn)為，這樣的碰撞也可能導(dǎo)致新恒星的誕生。
“當(dāng)星系碰撞時(shí)，它們不是砰的一聲相撞，而是更像攪動(dòng)，”韋伯望遠(yuǎn)鏡的高級(jí)項(xiàng)目科學(xué)家喬納森?加德納（Jonathan Gardner）在 6 月底舉行的一次媒體活動(dòng)中說，“因?yàn)樾窍荡蟛糠钟煽諢o一物的空間構(gòu)成，恒星本身很少相互碰撞。但其中的氣體確實(shí)會(huì)發(fā)生碰撞，并引發(fā)大量的恒星形成，在最終合并的星系中形成下一代恒星。”
在韋伯望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行的第一年，與其相關(guān)的多個(gè)研究項(xiàng)目將聚焦于早期恒星和星系上。丹?科正領(lǐng)導(dǎo)著其中的兩個(gè)項(xiàng)目，一個(gè)專注于哈勃望遠(yuǎn)鏡所發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的星系之一，另一個(gè)則專注于迄今為止已觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)個(gè)體恒星 —— 埃蘭迪爾（Earendel，在古英語中意為“晨星”）。
埃蘭迪爾又稱為 WHL0137-LS 恒星，在 2022 年 3 月 30 日由 NASA 宣布發(fā)現(xiàn)，此前哈勃太空望遠(yuǎn)鏡曾分別在 2016 年 6 月 7 日、7 月 17 日和 2019 年 11 月 4 日、11 月 27 日對(duì)其進(jìn)行了拍攝。天文學(xué)家之所以能發(fā)現(xiàn)這顆恒星及其星系，是因?yàn)槠湔胺叫窍祱F(tuán)引發(fā)了所謂的引力透鏡效應(yīng)，放大了來自該恒星的光。引力透鏡是指質(zhì)量極大的物體（比如星系團(tuán)）的引力會(huì)扭曲其背后物體發(fā)出的光，使光彎曲并放大。事實(shí)上，科學(xué)家們已經(jīng)通過引力透鏡效應(yīng)增強(qiáng)了韋伯望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)能力，在其第一張深場(chǎng)彩色圖像中，就展示了引力透鏡對(duì)部分星系圖像的扭曲效應(yīng)。
其他多個(gè)研究項(xiàng)目也將關(guān)注早期星系，包括韋伯望遠(yuǎn)鏡“早期發(fā)布科學(xué)計(jì)劃”（Early Release Science initiative）涉及的若干星系。該項(xiàng)目將在韋伯望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行的前 5 個(gè)月中快速公布數(shù)據(jù)，使科學(xué)家們可以學(xué)習(xí)如何更有效地使用該望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)。從一個(gè)研究星系演化的項(xiàng)目，到一個(gè)專注于合并星系的項(xiàng)目，韋伯望遠(yuǎn)鏡將與世界各地的科學(xué)家們分享宇宙最早星系的數(shù)據(jù)，深入探索這些形成于宇宙誕生之初的星系。
丹?科表示，他已經(jīng)看到了一些早期的觀測(cè)結(jié)果，而對(duì)于未來更深入的探索，他已經(jīng)迫不及待。“我真的很興奮能看到這些觀測(cè)中看到的結(jié)果，”他說，“我已經(jīng)看到了一些最初的數(shù)據(jù)，一定會(huì)讓你大吃一驚?！?/p>
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