“韋布”拍下宇宙幼時模樣 釋放“宇宙放大鏡”的潛力

為了尋覓宇宙的誕生，看見第一群恒星的光，人類建造出一面和房子大小一般的鏡子——詹姆斯·韋布空間望遠鏡。半年多來，它靜靜漂浮在黑暗寒冷的太空中，于7月12日帶回第一批深空天體的彩色照片。

在過去的10年時間里，哈勃望遠鏡已經(jīng)持續(xù)不斷地觀測了約30個星系團，這些被包裹在巨大暗物質(zhì)暈中的“星系都市”正釋放“宇宙放大鏡”的潛力。一粟太倉中，借由韋布空間望遠鏡，我們得以了解“星系都市”的生與亡。

SMACS 0723：幫我們看到“第一代星系”

一張展現(xiàn)了130多億年前大爆炸不久之后形成的星系影像最先曝光。照片的拍攝目標為南半球飛魚座中一個包含了數(shù)千個星系的星系團，SMACS 0723。韋布空間望遠鏡憑借其6.5米寬的鍍金鏡面和靈敏的紅外儀器，在這次成像中成功探測到了宇宙大爆炸后僅6億年時星系的扭曲形狀。它所捕捉的來自星系的光，用了數(shù)十億年才抵達地球附近。

“像SMACS0723這樣的星系團，可輕松容納上千個星系，而其居住的暗物質(zhì)暈質(zhì)量更是可以達到千萬億太陽質(zhì)量量級。” 清華大學(xué)天文系助理教授黃崧告訴科技日報記者，這個幾乎很難想象的龐大質(zhì)量意味著它屬于宇宙有史以來誕生的質(zhì)量最大的引力束縛結(jié)構(gòu)之一。

NASA此前表示，SMACS0723可以作為一個引力透鏡看到更遠以及更暗的星系，它是否可以勝任?黃崧認為，在廣義相對論下，如此龐然大物引起的時空彎曲可以像巨大的透鏡一樣放大其背后遙遠又黯淡的早期宇宙。對于天文學(xué)家來說，這些星系團構(gòu)成的“宇宙放大鏡”系統(tǒng)也是我們看到“第一代星系”的最好機會。

WASP-96b：發(fā)現(xiàn)水的明確特征

WASP-96b是太陽系外由氣體組成的一顆巨大行星，距離地球近1150光年。此前，我們對它的了解是顯示出非常明顯的鈉元素特征。

“WASP-96b是一顆系外氣態(tài)熱木星，公轉(zhuǎn)周期為3.4天，自轉(zhuǎn)周期可能和公轉(zhuǎn)周期一致，就是我們所說的天體的潮汐鎖定現(xiàn)象，致使行星形成一面溫度極高，一面溫度極低的情況。之前哈勃望遠鏡發(fā)現(xiàn)該行星大氣中完全沒有云，此次韋布空間望遠鏡得到不同的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該行星存在云和霧霾，證實了行星大氣中水的存在。” 中科院紫金山天文臺研究員季江徽告訴科技日報記者， NASA選取這顆行星的目的應(yīng)該是為將來研究紅矮星周圍宜居行星的一個測試。

季江徽說，韋布空間望遠鏡任務(wù)目標除了研究星系演化的各階段，觀察恒星及行星系統(tǒng)的形成，測定包括太陽系行星系統(tǒng)在內(nèi)的行星系統(tǒng)的物理、化學(xué)性質(zhì)外，就是研究其他行星系統(tǒng)存在生命的可能性。

斯蒂芬五重星系：體現(xiàn)“弱肉強食”的星系誕生過程

第三張拍攝的斯蒂芬五重星系位于飛馬座，距地球約2.9億光年。值得注意的是，它的五個星系中有四個被鎖定在反復(fù)近距離相遇的“宇宙大戰(zhàn)”中。

黃崧認為，斯蒂芬五重星系中的四重并合星系極好地展現(xiàn)了宇宙中星系誕生的過程中“弱肉強食”、不斷在并合重組中成長的殘酷真相。

“在復(fù)雜的并合中，星系中原有的恒星結(jié)構(gòu)被完全打散，重新排布;而原有的氣體和塵埃有些會被甩到距離原地很遠的位置，有些則會在并合過程產(chǎn)生的氣體壓縮中爆發(fā)出新的恒星形成過程。”黃崧坦言，這樣的過程如今已很罕見，但在星系形成活動更劇烈的宇宙早期，類似合并過程可能非常普遍。

“個人認為，挑選斯蒂芬五重星系作為首批目標的一個重要原因是這組星系太美了。”黃崧如此感嘆。

南環(huán)星云：小質(zhì)量恒星華麗的“葬禮”

第四張展示的是南環(huán)星云的照片。南環(huán)星云是個距離地球約2000光年，正在膨脹的氣體星云，環(huán)繞著一顆垂死的恒星存在。

如何理解南環(huán)星云這個特殊情況?

黃崧解釋稱，像太陽這樣的小質(zhì)量恒星在核心區(qū)域核聚變?nèi)剂虾谋M后會開始走向“星生”終點。其中最重要的特點是不斷膨脹和擴散的外層恒星大氣。在演化的最后時刻，伴隨著恒星整體結(jié)構(gòu)的脈動，恒星會完全失去伴隨其一生的大氣。這些氣體在來自中心高溫核心的輻射驅(qū)動下逐漸擴散，并被激發(fā)出非常有特點的輻射來。

也就是說，每個像南環(huán)星云一樣的氣體云都是一顆小質(zhì)量恒星華麗的“葬禮”，也是“這里曾有過一顆閃亮恒星最后的證明”。正是借由這些星云，天文學(xué)家可以進一步研究恒星死亡的復(fù)雜過程。

船底座星云:統(tǒng)計恒星“新生人口”

船底座星云的合成圖壓軸登場，堪稱絕美!船底座星云是天空中最大、最明亮的星云之一，是恒星誕生的地方。它位于船底座南部，距離地球約7600光年。該星云是恒星形成的“托兒所”，那里有許多比太陽更大、更重的恒星。值得一提的是，船底座星云是著名的“毀滅之柱”所在地。

黃崧告訴記者，“毀滅之柱”是個很有意思的說法，因為這些由致密氣體和塵埃組成的像“大象鼻子”一樣的結(jié)構(gòu)。“柱子”的頂端是孕育大質(zhì)量恒星的溫床。大質(zhì)量恒星誕生后的第一件事就是用耀眼的高溫輻射摧毀周圍的氣體和塵埃結(jié)構(gòu)，把其誕生地雕刻得如同風(fēng)蝕地貌一般。

“‘毀滅’的是氣體云團，‘誕生’的是大質(zhì)量恒星。在如船底座星云這樣的復(fù)雜恒星形成區(qū)里，它們共同構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)中和諧統(tǒng)一的循環(huán)。”黃崧解釋稱。

為什么要研究船底座星云?

“船底座星云作為距離我們最近的大規(guī)模恒星誕生地之一，對于研究恒星如何從氣體云團中誕生這個重要問題有巨大意義。然而這些恒星溫床也常被塵埃和氣體籠罩，在光學(xué)波段很難看得清楚。韋布空間望遠鏡的紅外空間高分辨觀測可以幫助天文學(xué)家更好地在船底座恒星形成區(qū)內(nèi)進行‘新生人口’統(tǒng)計。”黃崧說。

如果說哈勃望遠鏡觀測的是成年的星系，韋布空間望遠鏡讓我們看到的是更遙遠的幼兒、嬰兒時期的星系。那些最微弱的光點，照亮有著138億年歷史的宇宙幼時的模樣。(史詩)