北京時間 8 月 4 日下午消息，據(jù)報道，美國國家航空航天局（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 多萬年前的一場恒星爆發(fā)。2011 年時，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對同一個星系進(jìn)行了觀測，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)鏡首次觀測到垂死恒星的爆炸。
超新星是恒星演化接近末期時經(jīng)歷的劇烈爆炸，是其耗盡燃料時“最后的狂歡”。燃料耗盡會導(dǎo)致壓力下降，在此過程中，恒星物質(zhì)會膨脹到至少 5 倍于太陽質(zhì)量的規(guī)模 —— 大約是地球的 33.3 萬倍 —— 然后發(fā)生劇烈的爆炸，釋放出大量碎片和粒子。
這場恒星爆炸發(fā)生在 SDSS.J141930.11+5251593 星系。韋布望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖像顯示，有一個天體的光線在 5 天的時間跨度內(nèi)變暗，這一線索引出了存在超新星的推測。空間望遠(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)計初衷并不是為了探測新的瞬變現(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)時正好在探測 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小亮點，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)隊使用了一種軟件，可以發(fā)現(xiàn)圖片中導(dǎo)致明亮斑點的差異。
▲ 研究團(tuán)隊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)隊發(fā)布了第一張官方深空圖片；一周后，科學(xué)家宣布它發(fā)現(xiàn)了一個 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。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 GN-z13 星系區(qū)域時，韋布望遠(yuǎn)鏡還發(fā)現(xiàn)了 GN-z11 星系。
據(jù)《新科學(xué)家》雜志報道，美國哈佛大學(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，這兩個星系的質(zhì)量都相當(dāng)于太陽的 10 億倍，比銀河系小很多（銀河系質(zhì)量約為太陽的 1.5 萬億倍），這是因為它們都是在大爆炸發(fā)生后不久形成的。
該研究小組還指出，這些星系的成長過程中會吞噬其區(qū)域內(nèi)的恒星?！斑@兩個星系對宇宙黎明時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?！?/p>
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)的這個星系群。這個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，很可能會合并成一個巨大的星系。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)以十億計的恒星在那里被撕裂成巨大的飄帶；當(dāng)氣體受到干擾時，會觸發(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巨型星系坍塌的過程，而目前，這種轉(zhuǎn)變和星系個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 個亮點，幫助我們理解這一奇妙的宇宙場景。
（1）與眾不同：這個星系（NGC 7320）距離地球只有 4000 萬光年，是前景中的“闖入者”，其他 4 個星系在物理上是相互關(guān)聯(lián)的，距離我們的太陽系約 2.9 億光年。在韋布望遠(yuǎn)鏡拍攝的關(guān)于這個更近星系的圖像中，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)于太陽的 4000 萬倍，這是物質(zhì)流向一個比太陽大 2400 萬倍的超大質(zhì)量黑洞的結(jié)果：一場星系“暴食”事件，在宇宙中的許多其他星系中也會發(fā)生。韋布望遠(yuǎn)鏡的光譜儀器也能夠探測到這種物質(zhì)流動所發(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)時空的數(shù)百個其他星系的圖像“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€較小的，在這張照片中沒有顯示的星系）。這一切發(fā)生的時間，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，星系間的氣體也在這個復(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)萬光年跨度的空間中，這場碰撞觸發(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。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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