北京時(shí)間 8 月 4 日下午消息，據(jù)報(bào)道，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）耗資 100 億美元打造的詹姆斯?韋布太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）捕捉到了 300 多萬(wàn)年前的一場(chǎng)恒星爆發(fā)。2011 年時(shí)，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)同一個(gè)星系進(jìn)行了觀測(cè)，但沒有發(fā)現(xiàn)這顆超新星的存在。
這顆超新星所在的星系距離地球約 30 億光年，剛投入運(yùn)行不久的韋布望遠(yuǎn)鏡捕捉到了它發(fā)出的明亮光束。這是該望遠(yuǎn)鏡首次觀測(cè)到垂死恒星的爆炸。
超新星是恒星演化接近末期時(shí)經(jīng)歷的劇烈爆炸，是其耗盡燃料時(shí)“最后的狂歡”。燃料耗盡會(huì)導(dǎo)致壓力下降，在此過程中，恒星物質(zhì)會(huì)膨脹到至少 5 倍于太陽(yáng)質(zhì)量的規(guī)模 —— 大約是地球的 33.3 萬(wàn)倍 —— 然后發(fā)生劇烈的爆炸，釋放出大量碎片和粒子。
這場(chǎng)恒星爆炸發(fā)生在 SDSS.J141930.11+5251593 星系。韋布望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖像顯示，有一個(gè)天體的光線在 5 天的時(shí)間跨度內(nèi)變暗，這一線索引出了存在超新星的推測(cè)?？臻g望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所（STScI）的邁克?恩格澤爾表示，韋布望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)初衷并不是為了探測(cè)新的瞬變現(xiàn)象，因此這一發(fā)現(xiàn)尤其令人興奮。
這顆潛在的超新星是由韋布望遠(yuǎn)鏡上的近紅外相機(jī)（NIRCam）拍攝到的，該儀器的光譜覆蓋范圍從可見光邊緣（0.6 微米）到近紅外光（5 微米），可用于探測(cè)來自最早恒星和星系的光。NIRCam 配備了日冕儀，這種儀器可以讓天文學(xué)家拍攝中央明亮物體 —— 比如恒星系統(tǒng) —— 周圍光線非常微弱的物體，或者恒星爆炸事件，如超新星。
恩格澤爾指出，韋布望遠(yuǎn)鏡當(dāng)時(shí)正好在探測(cè) SDSS.J141930.11+5251593 星系，拍攝到這顆超新星有很大的運(yùn)氣成分。這顆垂死的恒星在圖像中是一個(gè)小亮點(diǎn)，在 2011 年哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的星系圖片中并不存在。恩格澤爾和他的團(tuán)隊(duì)使用了一種軟件，可以發(fā)現(xiàn)圖片中導(dǎo)致明亮斑點(diǎn)的差異。
▲ 研究團(tuán)隊(duì)使用軟件分析了詹姆斯?韋布望遠(yuǎn)鏡的圖片與 2011 年哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的同一區(qū)域的圖片，從中識(shí)別出小而明亮的光斑
僅僅投入運(yùn)行一周后，韋布望遠(yuǎn)鏡就證明了其巨額的花費(fèi)是值得的。7 月 12 日，韋布望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)發(fā)布了第一張官方深空?qǐng)D片；一周后，科學(xué)家宣布它發(fā)現(xiàn)了一個(gè) 135 億年前的星系，這是目前人類能看到的宇宙中最古老的星系。該星系被稱為 GLASS-z13 (GN-z13)，在 138 億年前發(fā)生的大爆炸后僅 3 億年時(shí)形成。之前的記錄保持者是哈勃望遠(yuǎn)鏡在 2015 年發(fā)現(xiàn)的 GN-z11 星系，其歷史可以追溯到宇宙誕生后 4 億年時(shí)。韋布望遠(yuǎn)鏡使用近紅外相機(jī)（NIRCam）捕捉到了 GN-z13 星系的模樣。在探測(cè) GN-z13 星系區(qū)域時(shí)，韋布望遠(yuǎn)鏡還發(fā)現(xiàn)了 GN-z11 星系。
據(jù)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道，美國(guó)哈佛大學(xué)和史密森天體物理中心的科學(xué)家們注意到，盡管這些星系都很古老，但其規(guī)模都非常小。GN-z13 星系的直徑約為 1600 光年，而 GLASS z-11 星系直徑為 2300 光年。相比之下，我們所處的銀河系直徑約為 10 萬(wàn)光年。研究人員在預(yù)印本網(wǎng)站 arXiv 上發(fā)表的論文中指出，這兩個(gè)星系的質(zhì)量都相當(dāng)于太陽(yáng)的 10 億倍，比銀河系小很多（銀河系質(zhì)量約為太陽(yáng)的 1.5 萬(wàn)億倍），這是因?yàn)樗鼈兌际窃诖蟊òl(fā)生后不久形成的。
該研究小組還指出，這些星系的成長(zhǎng)過程中會(huì)吞噬其區(qū)域內(nèi)的恒星?！斑@兩個(gè)星系對(duì)宇宙黎明時(shí)期的星系演化過程提出了新的限制條件，”研究人員在論文中寫道，“結(jié)果表明，GNz11 的發(fā)現(xiàn)不僅僅是運(yùn)氣好，而是可能存在一群具有極高恒星形成效率的紫外線光源。”
如何解讀韋布望遠(yuǎn)鏡的斯蒂芬五重星系圖片？
在詹姆斯?韋布望遠(yuǎn)鏡公布的第一批圖片中，最引人注目的當(dāng)屬斯蒂芬五重星系（Stephan’s Quintet）的圖片。1877 年，天文學(xué)家愛德華?斯蒂芬（édouard Stephan）首次在飛馬座發(fā)現(xiàn)的這個(gè)星系群。這個(gè)華麗的星系集合可以說是所謂的“致密星系群”的最初形態(tài)，其中 4 個(gè)星系之間的關(guān)聯(lián)非常緊密，相互碰撞和引力作用非常顯著，很可能會(huì)合并成一個(gè)巨大的星系。在所有致密星系群中，斯蒂芬五重星系是研究最多的，也提供了氣體、恒星和一堆暗物質(zhì)如何在如此巨大的規(guī)模上增長(zhǎng)和進(jìn)化的重要線索。
▲ 詹姆斯?韋布望遠(yuǎn)鏡的斯蒂芬五重星系圖像蘊(yùn)含著大量新的信息
在韋布望遠(yuǎn)鏡的圖像中，右側(cè)的 4 個(gè)星系通過引力作用緊密而有力地聯(lián)系在一起，數(shù)以十億計(jì)的恒星在那里被撕裂成巨大的飄帶；當(dāng)氣體受到干擾時(shí)，會(huì)觸發(fā)規(guī)模巨大的恒星形成事件。有趣的是，正是這些相互作用減緩了斯蒂芬五重星系向單個(gè)巨型星系坍塌的過程，而目前，這種轉(zhuǎn)變和星系個(gè)體之間似乎取得了平衡。與任何一張優(yōu)秀的星系圖像一樣，韋布望遠(yuǎn)鏡的斯蒂芬五重星系圖像可以解讀出無數(shù)的信息，但從更宏大的角度，我們可以從中找出 7 個(gè)亮點(diǎn)，幫助我們理解這一奇妙的宇宙場(chǎng)景。
（1）與眾不同：這個(gè)星系（NGC 7320）距離地球只有 4000 萬(wàn)光年，是前景中的“闖入者”，其他 4 個(gè)星系在物理上是相互關(guān)聯(lián)的，距離我們的太陽(yáng)系約 2.9 億光年。在韋布望遠(yuǎn)鏡拍攝的關(guān)于這個(gè)更近星系的圖像中，可以看到精致的褶皺紋理，這是恒星形成區(qū)域和加熱的塵埃，表明該星系正在經(jīng)歷自己的動(dòng)蕩進(jìn)化篇章。
（2）銀河系中的恒星就如同閃閃發(fā)光的裝飾品，強(qiáng)勢(shì)擠入了畫面的前景。它們的尖狀外觀是由韋布望遠(yuǎn)鏡的 18 塊六邊形反射鏡邊緣附近的光衍射造成的。六邊形的反射鏡是該望遠(yuǎn)鏡的獨(dú)特特征之一。
（3） NGC 7319 星系中心發(fā)出的這道亮光的亮度相當(dāng)于太陽(yáng)的 4000 萬(wàn)倍，這是物質(zhì)流向一個(gè)比太陽(yáng)大 2400 萬(wàn)倍的超大質(zhì)量黑洞的結(jié)果：一場(chǎng)星系“暴食”事件，在宇宙中的許多其他星系中也會(huì)發(fā)生。韋布望遠(yuǎn)鏡的光譜儀器也能夠探測(cè)到這種物質(zhì)流動(dòng)所發(fā)出的光，并揭示出熱、冷氣體，以及微觀二氧化硅塵埃覆蓋層的跡象。
（4）除了宏偉壯觀的斯蒂芬五重星系，還有來自更遙遠(yuǎn)時(shí)空的數(shù)百個(gè)其他星系的圖像“意外”落入韋布望遠(yuǎn)鏡的鏡頭，填滿了這張小小的宇宙壁紙，從而證明了該望遠(yuǎn)鏡的非凡靈敏度：包含著數(shù)千億其他恒星和世界的星系就在那里。
（5）在潮汐引力的作用下，包含數(shù)十億顆恒星的發(fā)光尾巴從星系中剝離出來，這與地球上的潮汐力沒有什么不同（只不過這里的罪魁禍?zhǔn)资且粋€(gè)較小的，在這張照片中沒有顯示的星系）。這一切發(fā)生的時(shí)間，大約在這張照片上的光向我們發(fā)出之前約 1 億年。也許這些恒星會(huì)自己形成新的矮星系，也可能只是分散到星系間空間。
（6）當(dāng)星系以每秒近 900 公里的速度相互碰撞時(shí)，星系間的氣體也在這個(gè)復(fù)雜的紅色和金色弧線區(qū)域內(nèi)碰撞。被沖擊加熱到數(shù)百萬(wàn)度的氣體在這里無法直接看到，相反，韋布望遠(yuǎn)鏡捕捉的是碰撞后混亂的發(fā)光細(xì)節(jié)。在數(shù)萬(wàn)光年跨度的空間中，這場(chǎng)碰撞觸發(fā)了新恒星和富含碳?xì)浠衔锏膲m埃的形成。
（7）主圖像是用不同的紅外“顏色”拍攝的獨(dú)立圖像合成的，顯示出韋布望遠(yuǎn)鏡的獨(dú)特功能。其中一些是近紅外圖像（右上），另一些則是中紅外圖像（右下），后者能夠捕捉到由沖擊波引起的發(fā)光塵埃的強(qiáng)烈活動(dòng)。這兩種圖像共同創(chuàng)造了這一糾纏星系演化的視覺交響樂。
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