欧几里得太空望远镜首次提供科学图像 追踪宇宙的黑暗面

欧几里得太空望远镜首次提供科学图像 追踪宇宙的黑暗面 欧几里得的优势在于它的多样性:欧几里得大图像平面的这一小部分显示了英仙座星系团的细节。在2.4亿光年的距离上,可以清晰地辨认出前景中作为星系团一部分的各种类型和形状的星系,以及背景中一系列微弱、弥漫的光点在欧几里得成像之前,这些星系的光线已经传播了数十亿年。图片来源:ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, Image Processing by J.-C.Cuillandre, G. Anselmi; CC BY-SA 3.0 IGO这幅画描绘的是欧空局的欧几里得(Euclid)航天器。欧几里得号是一项开创性的任务,旨在观测数十亿个微弱的星系,研究宇宙加速膨胀的起源,以及暗能量、暗物质和引力的神秘本质。图片来源:欧空局这些图像是将其两台仪器的数据结合在一起的结果:VIS(可见光仪器)和NISP(近红外摄谱仪和光度计)旨在利用大面积探测器捕捉可见光和近红外线。欧几里德望远镜最重要的任务是对宇宙进行最详细的三维测绘,从而揭开宇宙的一些秘密。包括马克斯-普朗克天文学和地外物理学研究所在内的欧几里得联合会德国成员开发了望远镜的关键技术组件。他们还为管理庞大的数据流提供后勤服务,并确保公布数据的质量。追踪暗物质这幅来自欧几里德的图像是第一次在如此大的图像截面上同时捕捉到英仙座星系团中如此多的星系,而且细节如此丰富。这幅图像显示了属于英仙座星系团的 1000 个星系,英仙座星系团是宇宙中质量最大的结构之一。在背景中还可以看到距离更远的其他 5 万多个星系。图片来源:ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, 图像处理:J.-C.Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi, CC BY-SA 3.0 IGO以前的太空望远镜,如哈勃望远镜或詹姆斯-韦伯望远镜,都是为了详细观测天空中非常小的区域而建造的。而欧几里德望远镜则以同样高的图像质量拓宽了视野:得益于其大型光学系统、灵敏的仪器以及位于地球大气层之外的位置,它能在相对较短的观测时间内提供大片天空的图像,这些图像也非常清晰,并包含了遥远星系的微弱光线。通过发布的图像,欧几里得联盟成员利用五个选定的天体展示了欧几里得的全部潜能。每幅图像覆盖的区域比满月稍大。到任务结束时,大约有 40000 个这样的图像部分将被合并,形成天空中约 14,000 平方度的广阔区域。这占整个天空的三分之一,不包括我们自己的银河系。一个让人联想起我们银河系的星系:IC 342 星系距离我们 1100 万光年,在天空中看起来和满月差不多大。在运行过程中,Euclid 将对数十亿个其他星系进行成像,这些星系甚至比 IC 342 更遥远,它们揭示了暗物质和暗能量的无形影响。图片来源:ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, 图像处理:J.-C.Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi, CC BY-SA 3.0 IGO现已发布的图像清楚地表明了一点:每张图像都将是一座宝库,让人们对单个恒星、银河系或遥远星系的物理学有新的认识。位于慕尼黑附近加兴的马克斯-普朗克地外物理研究所和慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的 Maximilian Fabricius 说:"这台望远镜将收集大量数据,探测到比以前更多的天体。我们都需要适应欧几里得将提供的大量信息"。有深度的快照:这个图像截面比英仙座星团的整体图像小 200 倍左右,能让人感受到前景英仙座星团壮丽图像所掩盖的细节。带有六个星形"尖峰"的最亮点是前景中银河系的恒星。在这些恒星之间有许多漫射的微红色斑块,它们是宇宙早期的星系。有些星系距离我们非常遥远,以至于它们的光线需要 100 亿年才能到达我们这里。图片来源:ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, 图像处理:J.-C.Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi, CC BY-SA 3.0 IGO英仙座星系团就是一个例子。这些星系团是宇宙中一些最大、最庞大的结构。如果没有暗物质网络,这里描述的星系将均匀地分布在天空中。马克斯-普朗克地外物理研究所和路德维希-马克西米利大学的科学家马蒂亚斯-克鲁格解释说:"利用欧几里德望远镜的巨大视场和超高的灵敏度,可以测量英仙座星系团中的星系,直至它们最外围和最暗淡的区域。"在同一张图片中,还有其他与英仙座星团无关的星系。由于光的传播速度是有限的,在宇宙中看得越远,发现的星系就越古老,处于不同发展阶段的星系也就越多。这些丰富的信息将大大有助于研究人员了解以星系的大量碰撞和合并为标志的宇宙早期"。银河系附近的一个奇异星系:不规则星系NGC 6822是矮星系的一个例子,它不像我们的银河系那样有适当的旋臂。这种星系被认为是附近年轻宇宙中成熟星系的组成部分,欧几里得将绘制出完整的宇宙地图。如果你仔细观察,就能辨认出单个恒星,甚至超新星残骸。图片来源:ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, 图像处理:J.-C.Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi, CC BY-SA 3.0 IGO我们的宇宙中约有 95% 似乎由神秘的"暗"元素组成,它们在英仙座星系团的形成过程中也发挥了作用。暗物质决定着星系之间和星系内部的引力效应,最初减缓了宇宙的膨胀,而暗能量则推动着宇宙目前的加速膨胀。然而,暗物质和暗能量的本质仍然难以捉摸。科学家们所知道的是,这些物质会使望远镜观测到的物体的外观和运动发生微妙的变化。为了探测"暗"对可见宇宙的影响,欧几里得号将在未来六年内观测 100 亿光年外数十亿星系的形状、距离和运动。在这里,来自 NIST 红外仪器的光谱信息得到了来自地面望远镜的光学光谱的补充,这将非常精确地确定欧几里得所拍摄星系的距离和运动情况,并将欧几里得的二维照片转化为有史以来最全面的可见宇宙三维地图。欧几里得号是欧洲航天局(ESA)的一项太空任务,美国国家航空航天局(NASA)为该任务做出了贡献。它是欧空局宇宙视野计划的一部分。VIS 和 NISP 相机是由来自 17 个国家的科学家和工程师联合开发和制造的,其中许多来自欧洲,但也有美国、加拿大和日本。在德国,海德堡马克斯-普朗克天文学研究所、加兴马克斯-普朗克地外物理学研究所、慕尼黑路德维希-马克西米利安大学、波恩大学、波鸿鲁尔大学和波恩德国航空航天中心的德国航天局都参与了这项工作。德国航天中心的德国航天局负责协调德国对欧空局的贡献,并为参与的德国研究机构提供资金。德国是欧空局科学计划的最大贡献者,约占 21%。编译自/ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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韦伯太空望远镜发现宇宙早期的星系通常是扁长的 就像法棍一样 詹姆斯-韦伯太空望远镜的宇宙演化早期发布科学(CEERS)调查所确定的遥远星系样本形状。资料来源:NASA、ESA、CSA、STScI、Steve Finkelstein(UT Austin)、Micaela Bagley(UT Austin)、Rebecca Larson(UT Austin)哥伦比亚大学的美国国家航空航天局哈勃研究员维拉杰-潘迪亚(Viraj Pandya)解释说:"在我们研究的星系中,大约有50%到80%的星系在两个维度上似乎是扁平的。看起来像细长面包棍的星系似乎在早期宇宙中非常常见,这令人惊讶,因为它们在当今宇宙的星系中并不常见。"他是即将发表在《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal)上的一篇新论文的主要作者,该 论文概述了这一发现。研究小组重点研究了韦伯望远镜提供的大量近红外图像,即宇宙演化早期发布科学(CEERS)巡天,从中挑选出了据估计在宇宙诞生 6 亿至 60 亿年时就已经存在的星系。大多数遥远的星系看起来像法棍面包,而其他星系的形状则像披萨饼和披萨面团球,这一类星系似乎是最小的星系类型,也是最不常见的星系,披萨饼形状的星系在其最长轴上与法棍面包形状的星系一样大。它们在附近的宇宙中更为常见,由于宇宙不断膨胀,附近的宇宙是由更古老、更成熟的星系组成的。我们的银河系的核心是一个超大质量黑洞,周围是由淡黄色的老恒星组成的中央隆起。除此之外,还有蓝色的旋臂,旋臂中充满了年轻的恒星、新形成的恒星以及暗色的尘埃通道。资料来源:NASA 和 STScI银河系过去的形态和星系的演变如果我们能够把时钟拨回数十亿年前,银河系会属于哪一类呢?合著者、图森亚利桑那大学博士生张皓文说:"我们的最佳猜测是,它可能看起来更像一根面包棒。这一假设的部分依据是来自韦伯望远镜的新证据理论家们通过估算出了数十亿年前银河系的质量,这表明它在遥远的过去很可能是面包棍的形状。"这些遥远星系的质量也远远低于附近的螺旋星系和椭圆星系 - 它们是像我们这样质量更大的星系的前身。"在早期宇宙中,星系的成长时间要短得多,"哥伦比亚大学的合著者、NASA 哈勃研究员 Kartheik Iyer 说。"确定早期星系的其他类别令人兴奋现在有更多的东西可以分析了。我们现在可以研究星系的形状与它们的外观之间的关系,更好地预测它们是如何更详细地形成的。"研究人员认为是拉长的椭圆形(即法棍面包状)星系的图像,由詹姆斯-韦伯太空望远镜拍摄。"相信"一词反映了这样一个事实,即从侧面看,其中一些星系可能是圆盘(即披萨饼)形状的星系。资料来源:Viraj Pandya et al.哈勃太空望远镜于 1990 年发射升空,至今仍在收集数据。"长期以来,哈勃望远镜一直显示出许多细长星系,"哈勃望远镜的合著者、加那利群岛天体物理研究所(Institute of Astrophysics on Canary Islands)的研究科学家马克-韦尔塔斯-康帕尼(Marc Huertas-Company)解释说。但研究人员仍然想知道:将于 2021 年发射的韦伯望远镜对红外光的灵敏度更高,它能更好地显示出更多细节吗?"韦伯望远镜证实,哈勃望远镜并没有错过它们同时观测到的星系中的任何额外特征。此外,韦伯还向我们展示了更多具有相似形状的遥远星系,而且都非常详细,"Huertas-Company 说。了解早期星系的形状当然,一个问题是,为什么早期的星系往往如此扁平和拉长。潘迪亚解释说,一种假设是,早期宇宙中可能充满了暗物质细丝,它们形成了一种"骨架背景"或"宇宙高速公路",将气体和恒星引向其中。这些细丝仍然存在,但随着宇宙的膨胀,它们变得更加分散,因此它们可能不太可能促进面包状星系的形成。当研究人员将星系的长宽比与它们的最长轴长度进行对比时,他们发现这些图表看起来明显像香蕉。资料来源:Pandya et al."发疯的星系"与未来研究这篇论文被称为"正在变香蕉的星系"(Galaxies Going Bananas),这是作者在研究数据时突然想到的另一个食物类比。当作者将星系的长宽比与它们的最长轴长度相比较时,他们发现出现的图表看起来很像香蕉,这种形状反映了它们拉长的椭圆体(即面包棒)形状。潘迪亚说:"香蕉是另一种说法,这些本质上拉长的星系似乎是宇宙最初 40 亿年中的主要星系。"研究人员不仅需要更大的韦伯样本量来进一步完善遥远星系的特性和精确位置,还需要花费大量时间调整和更新他们的模型,以更好地反映遥远星系的精确几何形状。"这些只是早期结果,"合著者、缅因州沃特维尔科尔比学院副教授伊丽莎白-麦格拉斯(Elizabeth McGrath)说。"我们需要更深入地研究数据,才能搞清楚到底发生了什么,但我们对这些早期趋势感到非常兴奋。"编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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韦伯望远镜发现早期宇宙许多遥远的星系具有独特的扁平和拉长形状 望远镜技术的进步,特别是詹姆斯-韦伯太空望远镜的使用,加强了对星系形状的分类。最近的一项研究对遥远的星系进行了分析,发现早期宇宙中普遍存在不寻常的扁平和拉长形状的星系,这与较近的星系形成了鲜明对比。这对之前关于星系形成和演化的假设提出了挑战。资料来源:NASA、ESA、CSA、STScI、Steve Finkelstein(UT Austin)、Micaela Bagley(UT Austin)、Rebecca Larson(UT Austin)一个多世纪以来,天文学家们一直在对远近星系进行分类,既用肉眼比较它们的形状,也用光谱数据精确测量它们的属性。例如,埃德温-哈勃在 1926 年创造了哈勃音叉(见下图),开始对附近星系的形状和大小进行分类,结果显示许多星系都是螺旋星系和椭圆星系。随着望远镜仪器的灵敏度越来越高,对其形状进行更准确的分类也变得越来越容易。詹姆斯-韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)的新数据为天文学家的分类增添了细微差别。由于韦伯望远镜是用红外光观测的,因此它的图像中出现了更多极其遥远的星系。此外,这些图像非常精细,让研究人员能够确定是否有额外的恒星形成区域或者确认它们不存在。星系是宇宙中非常重要的基本组成部分。有些星系结构简单,有些则非常复杂。1926 年,美国天文学家埃德温-哈勃(Edwin Hubble)提出了一个星系分类方案,这是建立星系演化连贯理论的第一步。虽然这个方案也被称为哈勃音叉图,但现在被认为有些过于简单,其基本思想仍然有效。资料来源:美国国家航空航天局美国国家航空航天局哈勃研究员、纽约哥伦比亚大学的维拉杰-潘迪亚(Viraj Pandya)领导的研究小组最近分析了韦伯宇宙演化早期发布科学(CEERS)巡天中的数百个遥远星系(见下图)。CEERS有意覆盖了与哈勃太空望远镜的扩展格罗斯带(见下图)相同的大部分区域,后者是用于创建宇宙大会近红外深河外星系遗产巡天(CANDELS)的五个区域之一。这样,他们就可以在望远镜观测重叠的地方重复检查韦伯望远镜的结果。"我们对韦伯星系的分析与哈勃太空望远镜星表中的星系非常一致,"潘迪亚证实说。"两组数据让我们能够在进行分析时全面审核我们的模型,并更好地理解和分类只有韦伯探测到的星系。"研究小组在开始分析时,首先根据相似的特征将星系分成了几大类。(他们没有对每个星系的外观进行分类,因为这需要光谱数据中的详细信息)。凝视这幅广阔的图景。它是由詹姆斯-韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)用近红外线拍摄的多幅图像拼接而成的它实际上是在活动着。图片来源:NASA、ESA、CSA、Steve Finkelstein(UT Austin)、Micaela Bagley(UT Austin)、Rebecca Larson(UT Austin)、Alyssa Pagan(STScI)他们发现,宇宙在 6 亿至 60 亿岁时,有一系列奇特的形状。占主导地位的星系形状看起来扁平而修长,就像泳池面条或冲浪板。在他们研究的所有遥远星系中,这两种类型的星系约占50%到80%这是一个惊喜,因为这些形状在近处的星系中很少见。韦伯探测到的其他星系看起来是圆形的,但也有扁平的,就像飞盘一样。星系数量最少的一类是形状像球体或排球的星系。这张来自哈勃太空望远镜的图像显示了天空中被称为"延伸格罗斯带"(EGS)的部分。CEERS 勘测的研究人员利用詹姆斯-韦伯太空望远镜用红外线观测了延伸格罗斯带。图片来源:NASA、ESA、M. Davis韦伯的数据还解开了哈勃太空望远镜几十年前观测到的一个谜题。为什么那么多遥远的星系看起来像长长的线条?是不是还有更多的星系没有出现在它的图像中?韦伯很快就回答了这个问题:哈勃没有错过任何东西。潘迪亚说:"韦伯证实了哈勃早已向我们展示的东西,但在红外光下更为详细。综合观测结果表明,在早期宇宙中,有更多的星系看起来是扁长的。这具有深远的影响,因为我们通常认为像我们银河系这样的星系一开始是圆盘状的,但事实可能并非如此。"这些是美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜在宇宙演化早期释放科学(CEERS)调查中捕捉到的遥远星系的例子。资料来源:NASA、ESA、CSA、STScI、Steve Finkelstein(UT Austin)、Micaela Bagley(UT Austin)、Rebecca Larson(UT Austin)在宇宙历史的早期,星系的形状为何如此不同?这个问题目前还没有答案,但我们正在进行研究,以便更好地了解星系在整个宇宙时间中是如何演变的。查看更多星系样本(见上图,来自韦伯的 CEERS 勘测),并更具体地比较它们的三维形状(见下图)。詹姆斯-韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)已经在帮助研究人员微调他们对遥远星系的分类为已经进行了几十年的分析增加了重要的速度和细节。在左上方,韦伯的调查显示了一种在早期宇宙中罕见,但在今天却很常见的分类:形状像球体或排球的星系。右上方是扁平的圆盘或飞盘,它们只是稍微常见一些。早期占主导地位的星系形状看起来扁平而修长,就像左下方的冲浪板,或者右下方的泳池面条。这两种形状的星系在天文学家迄今为止研究过的所有遥远星系中约占 50%到 80%这是一个惊喜,因为这些形状的星系在附近星系中并不常见。天文学家在分类方面取得的进步归功于韦伯望远镜的灵敏度、高分辨率图像以及对红外光的专门研究。天文学界还需要利用韦伯望远镜和其他望远镜提供的更大样本量,对更遥远的星系进行全面分类,然后才能确定任何确定的分组。共同作者、缅因州沃特维尔科尔比学院副教授伊丽莎白-麦格拉斯(Elizabeth McGrath)解释说:"通过继续这项研究,我们和其他团队将能够提高我们对宇宙历史上此时星系内在结构的理解。通过最终整合来自多个数据集的信息,我们将更好地了解星系在整个宇宙时间中的形状"。资料来源:NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted(STScI)、Viraj Pandya(哥伦比亚大学)、Haowen Zhang(亚利桑那大学)、Lucy Reading-Ikkanda(西蒙斯基金会)编译自:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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