人工智能帮助NASA Swift射线望远镜绘制宇宙最远伽马射线暴地图

人工智能帮助NASA Swift射线望远镜绘制宇宙最远伽马射线暴地图 在短短几秒钟内,GRB 释放的能量相当于太阳一生释放的能量。由于它们如此明亮,GRB 可以在多种距离(包括可见宇宙的边缘)进行观测,帮助天文学家追寻最古老、最遥远的恒星。但是,由于目前技术的限制,只有一小部分已知的 GRB 具有所需的全部观测特征,可以帮助天文学家计算它们发生在多远的地方。图中所示的 Swift 是美国国家航空航天局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心、宾夕法尼亚州立大学帕克分校、新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室和弗吉尼亚州杜勒斯的诺斯罗普-格鲁曼创新系统公司的合作成果。其他合作伙伴包括英国莱斯特大学和穆拉德空间科学实验室、意大利布雷拉天文台和意大利航天局。资料来源:美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心/Chris Smith (KBRwyle)Dainotti 和她的团队将美国宇航局尼尔-盖尔斯-斯威夫特天文台(NASA's Neil Gehrels Swift Observatory)的 GRB 数据与多个机器学习模型相结合,克服了当前观测技术的局限性,更精确地估算出了距离未知的 GRB 的邻近程度。由于GRB既可以在很远的地方观测到,也可以在相对较近的距离观测到,因此了解它们发生的位置有助于科学家了解恒星是如何随时间演变的,以及在给定的空间和时间内可以发生多少次GRB。"这项研究推动了伽马射线天文学和机器学习的前沿发展,"Dainotti 说。"后续研究和创新将帮助我们取得更可靠的结果,并使我们能够回答一些最紧迫的宇宙学问题,包括我们宇宙的最早过程以及它是如何随着时间的推移而演变的。"在一项研究中,Dainotti 和波兰雅盖隆大学的博士研究生 Aditya Narendra 使用几种机器学习方法精确测量了太空雨燕紫外/光学望远镜(UVOT)和地面望远镜(包括斯巴鲁望远镜)观测到的 GRB 的距离。测量结果完全基于其他与距离无关的 GRB 特性。该研究成果于5月23日发表在《天体物理学杂志通讯》上。Narendra说:"这项研究的结果非常精确,我们可以利用预测的距离来确定一定体积和时间内的 GRB 数量(称为速率),这与实际观测到的估计值非常接近。"由 Dainotti 和国际合作者领导的另一项研究利用 NASA 的 Swift X 射线望远镜(XRT)从所谓的长 GRB 产生的余辉数据,通过机器学习成功地测量了 GRB 的距离。据信,GRB 以不同的方式发生。长GRB发生在一颗大质量恒星到达其生命末期并爆发出壮观的超新星时。另一种类型被称为短GRB,发生在死亡恒星(如中子星)的残余物在引力作用下合并并相互碰撞时。Dainotti 说,这种方法的新颖之处在于将几种机器学习方法结合起来使用,以提高它们的集体预测能力。这种方法被称为"超级学习者"(Superlearner),它为每种算法分配一个权重,权重值从 0 到 1 不等,每个权重与该奇异方法的预测能力相对应。超级学习者的优势在于,最终预测结果总是比单一模型更有效,还用于摒弃预测能力最差的算法。这项研究于 2 月 26 日发表在《天体物理学杂志》增刊系列上,它可靠地估计了 154 个距离未知的长 GRB 的距离,并大大增加了这类爆发的已知距离数量。由斯坦福大学天体物理学家 Vahé Petrosian 和 Dainotti 领导的第三项研究于 2 月 21 日发表在《天体物理学杂志通讯》上,该研究利用斯威夫特 X 射线数据回答了一些令人费解的问题,表明 GRB 的速率至少在较小的相对距离上并不遵循恒星形成的速率。这提供了一种可能性,即小距离的长GRB可能不是由大质量恒星的坍缩产生的,而是由中子星等非常致密的天体聚变产生的。在美国国家航空航天局斯威夫特天文台客座研究员计划(第19周期)的支持下,Dainotti和她的同事们现在正努力通过一个交互式网络应用程序公开机器学习工具。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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NASA费米望远镜发现附近超新星并没有发出伽马射线

NASA费米望远镜发现附近超新星并没有发出伽马射线 2023 年对风车星系中的超新星 SN 2023ixf 的观测为研究宇宙射线的产生提供了一个独特的机会,但是 NASA 的费米望远镜并没有探测到预期的伽马射线,这表明能量转换率比预期的要低得多。资料来源:美国国家航空航天局2023年5月18日,一颗超新星在附近的风车星系(Messier 101)爆发,它位于大约2200万光年外的大熊座。这颗超新星被命名为SN 2023ixf,是自2008年费米探测器发射以来发现的附近最亮的超新星。意大利里雅斯特大学研究员吉列姆-马蒂-德韦萨说:"天体物理学家以前估计,超新星将其总能量的大约 10%转化为宇宙射线加速度。但我们从未直接观测到这一过程。通过对SN 2023ixf的新观测,我们的计算结果是爆炸后几天内的能量转换率低至1%。这并不排除超新星是宇宙射线工厂的可能性,但这确实意味着我们还有更多关于超新星产生的知识要学习。"这篇论文由马丁-德维萨在奥地利因斯布鲁克大学(University of Innsbruck)期间发表,将刊登在未来出版的《天文学与天体物理学》(Astronomy and Astrophysics)杂志上。即使没有探测到伽马射线,美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜也能帮助天文学家了解更多有关宇宙的信息。资料来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心宇宙射线及其起源每天,数以万亿计的宇宙射线与地球大气层发生碰撞。其中大约 90% 是氢原子核(或质子),其余的是电子或较重元素的原子核。自 20 世纪初以来,科学家们一直在研究宇宙射线的起源,但这些粒子无法追溯到它们的源头。由于宇宙射线带电,它们在飞往地球的途中会因遇到磁场而改变方向。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的费米项目科学家伊丽莎白-海斯说:"然而,伽马射线会直接射向我们。宇宙射线在与周围环境中的物质相互作用时会产生伽马射线。费米望远镜是轨道上最灵敏的伽马射线望远镜,因此当它没有探测到预期的信号时,科学家必须对这种缺失做出解释。解开这个谜团,就能更准确地了解宇宙射线的起源。"弗雷德-劳伦斯-惠普尔天文台(Fred Lawrence Whipple Observatory)的48英寸望远镜在2023年6月捕捉到了这张风车星系(Messier 101)的可见光图像。超新星2023ixf的位置被圈了起来。天文台位于亚利桑那州的霍普金斯山上,由哈佛天体物理学中心和史密森尼天文台共同运营。资料来源:平松等人,2023/Sebastian Gomez (STScI)作为宇宙射线加速器的超新星长期以来,天体物理学家一直怀疑超新星是宇宙射线的主要贡献者。当一颗质量至少是太阳 8 倍的恒星耗尽燃料时,就会发生这种爆炸。内核坍缩,然后反弹,推动冲击波向外穿过恒星。冲击波加速粒子,产生宇宙射线。当宇宙射线与恒星周围的其他物质和光线碰撞时,就会产生伽马射线。超新星会极大地影响星系的星际环境。它们的爆炸波和不断膨胀的碎片云可能会持续存在 5 万年以上。2013年,费米测量显示,银河系中的超新星残骸正在加速宇宙射线,当它们撞击星际物质时,会产生伽马射线光。但天文学家说,这些残余物并没有产生足够的高能粒子,无法与科学家在地球上的测量结果相匹配。一种理论认为,超新星可能会在最初爆炸后的几天或几周内加速银河系中能量最高的宇宙射线。但是超新星非常罕见,在银河系这样的星系中,一个世纪才会发生几次。在大约3200万光年的距离内,超新星平均每年只发生一次。从可见光望远镜第一次看到 SN 2023ixf 开始,经过一个月的观测,费米没有探测到伽马射线。挑战与未来研究合著者、法国国家科学研究中心下属蒙彼利埃宇宙与粒子实验室的天体物理学家马蒂厄-雷诺(Matthieu Renaud)说:"不幸的是,看不到伽马射线并不意味着没有宇宙射线。我们必须对所有有关加速机制和环境条件的基本假设进行研究,才能将伽马射线的缺失转化为宇宙射线产生的上限。"研究人员提出了几种可能影响费米观测到该事件产生的伽马射线的情况,比如爆炸碎片的分布方式和恒星周围物质的密度。费米的观测首次为研究超新星爆炸后的状况提供了机会。以其他波长对SN 2023ixf进行的更多观测、基于这一事件的新模拟和模型,以及未来对其他年轻超新星的研究,都将帮助天文学家找到宇宙宇宙射线的神秘来源。费米是戈达德管理的一个天体物理学和粒子物理学合作项目。费米项目是与美国能源部合作开发的,法国、德国、意大利、日本、瑞典和美国的学术机构和合作伙伴也做出了重要贡献。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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韦伯望远镜探测到迄今发现最远的活跃超大质量黑洞

韦伯望远镜探测到迄今发现最远的活跃超大质量黑洞 科学家们利用韦伯望远镜对GN-z11进行研究,还发现了一些诱人的证据,证明在这个偏远星系的外围存在着群体III恒星。这些难以捉摸的恒星是宇宙中第一批发光的恒星,纯粹由氢和氦组成。虽然从未对这类恒星进行过明确的探测,但科学家们知道它们一定存在。现在,有了韦伯望远镜,发现它们似乎比以往任何时候都更接近了。这幅由韦伯的近红外相机(NIRCam)仪器拍摄的图像显示了 GOODS-North 星系场的一部分。右下方的拉线突出显示了GN-z11星系,它出现的时间距离宇宙大爆炸刚刚过去4.3亿年。图像显示了一个延伸部分,追踪着 GN-z11 宿主星系,以及一个中心源,其颜色与黑洞周围吸积盘的颜色一致。资料来源:NASA、ESA、CSA、STScI、Brant Robertson(加州大学圣克鲁兹分校)、Ben Johnson(剑桥大学天文学院)、Sandro Tacchella(剑桥大学)、Marcia Rieke(亚利桑那大学)、Daniel Eisenstein(剑桥大学天文学院)美国国家航空航天局(NASA)詹姆斯-韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)的两个研究小组深入时空,研究了异常明亮的星系 GN-z11。这个星系最初是由美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜探测到的,它是迄今为止观测到的最年轻、最遥远的星系之一,它是如此明亮,以至于科学家们都很难理解其中的原因。现在,GN-z11 透露了它的一些秘密。一个利用韦伯望远镜研究 GN-z11 的小组发现了第一个明确的证据,证明该星系的中央有一个超大质量黑洞,正在快速吸积物质。他们的发现使这个星系成为迄今为止发现的最远的活跃超大质量黑洞。英国剑桥大学卡文迪什实验室和卡弗里宇宙学研究所的首席研究员罗伯托-马约利诺解释说:"我们发现了超大质量黑洞附近常见的极致密气体。这些是GN-z11所在的黑洞正在吞噬物质的第一个明确信号。"利用韦伯望远镜,研究小组还发现了通常在吸积型超大质量黑洞附近观测到的电离化学元素的迹象。此外,他们还发现该星系正在释放出一股非常强大的风。这种高速风通常是由与剧烈吸积的超大质量黑洞相关的过程驱动的。同样来自卡文迪什实验室和卡弗里研究所的研究人员汉娜-于布勒(Hannah Übler)说:"韦伯的近红外相机(NIRCam)发现了一个延伸部分,它追踪着宿主星系,以及一个中央紧凑源,其颜色与黑洞周围吸积盘的颜色一致。"这些证据共同表明,GN-z11 内有一个 200 万太阳质量的超大质量黑洞,它正处于吞噬物质的非常活跃阶段,这也是它如此明亮的原因。第二个小组也是由马约利诺领导的,他们利用韦伯望远镜的近红外摄谱仪(NIRSpec),在围绕着GN-z11的光环中发现了一个气态氦团。马约利诺说:"除了氦之外,我们看不到其他任何东西,这表明这个团块一定是相当原始的。这是理论和模拟在这些时代特别大质量星系附近所预料到的在光晕中应该有原始气体的小块存留,这些气体可能会坍缩并形成群体III星团。"寻找前所未见的第三族群恒星几乎完全由氢和氦形成的第一代恒星是现代天体物理学最重要的目标之一。这些恒星预计质量很大、光度很强、温度很高。它们的预期特征是存在电离氦,而不存在比氦重的化学元素。第一批恒星和星系的形成标志着宇宙历史的根本性转变,在此期间,宇宙从黑暗和相对简单的状态演变成我们今天看到的高度结构化和复杂的环境。在未来的韦伯观测中,Maiolino、Übler 和他们的团队将对 GN-z11 进行更深入的探索,并希望加强对可能正在其光环中形成的 Population III 恒星的研究。《天文学与天体物理学》(Astronomy & Astrophysics)已接受发表关于GN-z11光环中原始气体团块的研究成果。对GN-z11黑洞的研究结果于2024年1月17日发表在《自然》杂志上。这些数据是作为JWST高级深河外星系巡天(JADES)的一部分获得的,JADES是NIRCam和NIRSpec团队的一个联合项目。詹姆斯-韦伯太空望远镜是世界上最重要的太空科学观测站。韦伯正在揭开太阳系的神秘面纱,眺望其他恒星周围的遥远世界,探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。韦伯望远镜是一项国际计划,由美国国家航空航天局(NASA)领导,其合作伙伴包括欧洲航天局(ESA)和加拿大航天局(Canadian Space Agency)。编译自:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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韦布望远镜观测到最古老“死亡”星系 JADES-GS-z7-01-QU

韦布望远镜观测到最古老“死亡”星系 JADES-GS-z7-01-QU GOODS 南区一小部分区域的 JWST 假彩色图像,突出显示了 JADES-GS-z7-01-QU 星系 图源:JADES 协作小组这幅 GOODS-South 星场的合成图像是利用构成欧洲南方天文台(ESO)甚大望远镜(VLT)的四台 8.2 米巨型望远镜中的两台望远镜和一个独特的定制滤光片进行深度观测的结果,它显示了一些有史以来最暗淡的星系。这是使用两台 8.2 米望远镜进行的深度观测的一部分。后来,JWST 将这一区域的一小部分归零。(图片来源:ESO/M Hayes)短暂一生这个星系代号JADES-GS-z7-01-QU,它在宇宙大爆炸发生大约7亿年后形成,有大约1亿至10亿颗恒星,属于较小星系。星系中的恒星形成过程只持续了3000万年到9000万年就戛然而止。主持研究的英国剑桥大学卡弗里宇宙学研究所天体物理学家托比亚斯·洛塞说,这个星系似乎“轰轰烈烈地”活过一场,但很快不再有新的恒星形成,星系就此“死去”。参与研究的天体物理学家弗朗西斯科·德欧金尼奥说,质量最大的恒星最炽热、最耀眼,“生命最短暂”。“随着最炽热的恒星死去,星系颜色从蓝色,即最炽热恒星的颜色,变成黄色,再变成红色,即质量最小的恒星的颜色。”质量和太阳差不多的恒星可以活大约100亿年,而质量小得多的恒星能活上万亿年。那些较小的恒星在星系“死去”很久后仍会继续发光。“饿死”的?研究人员尚不清楚JADES-GS-z7-01-QU为何“英年早逝”,正试图找出原因。他们推测其中一个原因可能是星系中央一个超大黑洞把新恒星形成所需要的气体推出星系,导致无法形成新的恒星。还可能是因为恒星形成过程中迅速消耗掉星系中气体,但星系周围没有新的气体补充进来,导致星系“饿死”。研究人员说,由于这个星系距地球非常遥远,因此韦布望远镜观测到的是星系“过去”的情况,不排除星系在获得新的气体后又有新的恒星诞生,令星系“死而复生”。德欧金尼奥说:“我们不知道这个星系的最终命运,这可能取决于是什么机制使恒星停止诞生。”研究人员说,对这一星系的研究或能进一步揭示宇宙形成早期时的景象以及影响恒星形成的因素。 ... PC版: 手机版:

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"秃鹰阵列望远镜"使研究极其微弱的宇宙现象成为可能

"秃鹰阵列望远镜"使研究极其微弱的宇宙现象成为可能 秃鹰阵列望远镜开创了天文学的新纪元,使研究极其微弱的宇宙现象成为可能。研究人员利用它推翻了以前对 NGC 5907 周围恒星结构的错误认识,并发现了关于矮新星 Z Camelopardalis 的突破性细节,包括同心气体壳。资料来源:Condor 小组秃鹰阵列望远镜最近取得的成就包括澄清了 NGC 5907 周围恒星流的性质,并在矮新星 Z Camelopardalis 周围发现了新的气体壳,这突显了它捕捉微弱天文特征的能力。据首席研究员、石溪大学物理和天文学系教授肯尼思-M-兰泽塔(Kenneth M. Lanzetta)博士和斯特凡-格罗莫尔(Stefan Gromoll)博士以及美国国立博物馆天体物理学系馆长迈克尔-M-沙拉(Michael M. Shara)博士介绍,"秃鹰"现已全面投入使用。新的"阵列望远镜"利用计算机将来自几个较小望远镜的光线组合成相当于一个较大望远镜的光线,能够探测和研究那些用传统望远镜无法看到的微弱天文特征。恒星流在第一篇论文中,Lanzetta 及其同事利用 Condor 对附近星系 NGC 5907 周围极其微弱的"恒星流"进行了研究,NGC 5907 是一个著名的螺旋星系,距离地球约 5000 万光年。当矮伴星星系受到主星系潮汐引力的干扰时,就会产生这种恒星流。2010 年由另一架望远镜获得的上一张图像似乎显示了一个非同寻常的恒星流,它形成了环绕该星系的两个完整的螺旋环。但"蜻蜓长焦阵列"在2019年获得的另一张图像却没有显示出螺旋的痕迹。Condor 团队决定测试新的阵列望远镜,并对这一差异进行权衡。他们在 2022 年获得了 NGC 5907 的深度图像。与"蜻蜓"图像一样,"秃鹰"图像也没有显示出螺旋线的痕迹,因此研究小组得出结论,2010 年图像中的螺旋线很可能是与图像处理有关的伪影。"秃鹰"图像还显示了之前的图像没有捕捉到的微弱特征。通过 Condor 和计算机技术绘制的矮新星 Z Camelopardalis 周围极其微弱的电离气体壳。资料来源:Condor 小组新星的外壳在第二篇论文中,Shara及其同事利用Condor重新评估了基特峰国家天文台4米望远镜于2007年1月获得的矮新星Z Camelopardalis或"Z Cam"的图像。图像显示 Z Cam 周围有部分气体壳,Shara 推测这是由中国占星家在公元前 77 年记录的一颗"新星"发出的。为了验证这一猜测,Condor 小组于 2021 年 11 月获得了 Z Cam 的新图像。然后,他们通过比较早先和后来图像中外壳的位置,测量了外壳的膨胀率,发现膨胀率确实与 2000 多年前的爆炸相吻合。但让他们惊讶的是,研究小组发现,新的 Condor 图像显示了 Z Cam 周围完整的气体外壳,而不是 4 米望远镜显示的部分外壳。此外,Condor 图像还显示了围绕第一个外壳的另一个更大的外壳。"这些新图像显示了 Condor 的灵敏度。"兰泽塔说:"这些新的壳发出的光线太微弱了,传统望远镜根本无法看到。"《Z Cam》论文的第一作者沙拉说:"这是迄今发现的第一个矮新星周围有两个同心壳的例子,它证实了一个长期存在的假设,即同心壳一定围绕着相对大质量白矮星的频繁爆发的新星。另外两篇论文描述了围绕另一颗新星的另一个极其微弱的气体壳。这层气体壳是预言存在的,但由于太微弱,传统望远镜无法探测到。它比之前已知的新星外壳大 50 倍,是多个新星外壳经过数万年相互碰撞的产物。编译自:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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天文学家用韦伯望远镜揭开宇宙最古老低质量星系的秘密

天文学家用韦伯望远镜揭开宇宙最古老低质量星系的秘密 罗格斯大学的天文学家利用詹姆斯-韦伯太空望远镜研究了沃尔夫-伦德马克-梅洛特星系,揭开了宇宙早期恒星形成的历史。他们的发现为星系如何演化以及温度在恒星形成中的作用提供了新的见解。资料来源:美国国家航空航天局面向宇宙的“考古发掘”艺术与科学学院物理与天文学系助理教授克里斯汀-麦奎恩(Kristen McQuinn)说:"通过如此深入的观察和如此清晰的观察,我们已经能够有效地回到过去,基本上是在进行一种考古挖掘,寻找宇宙历史早期形成的低质量恒星。"她领导的这项研究发表在《天体物理学报》。McQuinn认为,罗格斯大学高级研究计算办公室管理的Amarel高性能计算集群使研究小组能够计算银河系的恒星发展史。这项研究的一个方面是将一次大规模计算重复600次。她补充说,这项重大计算工作还有助于确认望远镜校准和数据处理程序,这将使更广泛的科学界受益。WLM星系部分区域的两幅景象,一幅由美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄(左),另一幅由詹姆斯-韦伯太空望远镜拍摄。图片来源:Science:NASA, ESA, CSA, IPAC, Kristen McQuinn (RU), Image Processing:Zolt G. Levay(STScI),Alyssa Pagan(STScI)低质量星系的重要性麦奎恩对所谓的"低质量"星系特别感兴趣。因为它们被认为是早期宇宙的主宰,研究人员可以利用它们来研究恒星的形成、化学元素的演化以及恒星形成对星系气体和结构的影响。它们很微弱,分布在天空中,构成了本地宇宙中的大多数星系。像韦伯望远镜这样先进的望远镜让科学家们能够近距离观察它们。WLM是德国天文学家马克斯-沃尔夫(Max Wolf)于1909年发现的一个"不规则"星系,这意味着它不具有明显的形状,如螺旋形或椭圆形,瑞典天文学家克努特-伦德马克(Knut Lundmark)和英国天文学家菲力伯特-雅克-梅洛特(Philibert Jacques Melotte)于1926年对它进行了更详细的描述。它位于本星系群的外围,本星系群是一个哑铃状的星系群,其中包括银河系。麦奎因指出,由于位于本星系群的边缘,WLM免受了与其他星系交融的破坏,使其恒星群处于原始状态,有利于研究。天文学家之所以对WLM感兴趣,还因为它是一个充满活力的复杂星系,拥有大量气体,能够积极地形成恒星。WLM 银河系中的恒星形成为了了解银河系恒星形成的历史即恒星在宇宙不同时期的诞生速度,麦奎恩和她的团队利用这架望远镜煞费苦心地将包含成千上万颗恒星的天空区域归零。为了确定恒星的年龄,他们测量了恒星的颜色(代表温度)和亮度。麦奎因说:"我们可以利用我们对恒星演化的了解,以及这些颜色和亮度所表明的情况,基本上确定星系恒星的年龄。"研究人员随后对不同年龄的恒星进行了计数,并绘制出了宇宙历史上恒星的诞生率。以这种方式对恒星进行编目向研究人员表明,随着时间的推移,WLM 产生恒星的能力在起伏。研究小组的观测结果证实了科学家们早些时候利用哈勃太空望远镜所做的评估,这些观测结果表明,在宇宙历史的早期,该星系曾在30亿年的时间里产生过恒星。它停顿了一段时间,然后又重新点燃。她相信这种停顿是由早期宇宙的特定条件造成的:"那时的宇宙真的很热。我们认为,宇宙的温度最终加热了这个星系中的气体,使恒星的形成一度停止。冷却期持续了几十亿年,然后恒星形成再次开始。"这项研究是美国国家航空航天局"早期发布计划"的一部分,该计划指定科学家与太空望远镜科学研究所合作开展研究,旨在突出韦伯的能力,帮助天文学家为未来的观测做好准备。美国国家航空航天局于 2021 年 12 月发射了韦伯望远镜。这个大型镜面仪器在距离地球一百万英里的地方围绕太阳运行。科学家们争先恐后地在望远镜上研究一系列课题,包括早期宇宙的状况、太阳系的历史以及系外行星的搜寻。麦奎因说:"这项计划将产生许多尚未完成的科学成果。"相关文章:韦伯望远镜在极端恒星环境中发现生命的前身:水和简单的有机分子 ... PC版: 手机版:

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窥探宇宙尘埃:詹姆斯-韦伯望远镜正在寻找新生行星

窥探宇宙尘埃:詹姆斯-韦伯望远镜正在寻找新生行星 这幅艺术家的作品展示了一颗气态巨行星的形成过程,它嵌在一颗年轻恒星周围尘埃环中的尘埃和气体盘中。由密歇根大学天文学家加布里埃尔-库格诺(Gabriele Cugno)领导的密歇根大学的一项研究将詹姆斯-韦伯太空望远镜瞄准了一颗名为 SAO 206462 的原恒星周围的原行星盘,希望能发现一颗正在形成中的气态巨行星。密歇根大学、亚利桑那大学和维多利亚大学领导的三项研究将JWST的图像与哈勃太空望远镜和智利阿塔卡马大型毫米波阵列(ALMA)之前的观测结果相结合。在辅助观测的基础上,研究小组利用 JWST 观测了原行星盘 HL Tau、SAO 206462 和 MWC 758,希望能探测到任何可能正在形成的行星。在发表于《天文杂志》(The Astronomical Journal)的这些论文中,研究人员拼凑出了行星形成盘与原行星盘中心年轻恒星周围的气体和尘埃包层之间以前从未见过的相互作用。由麻省理工大学天文学家加布里埃尔-库格诺(Gabriele Cugno)领导的麻省理工大学研究将JWST瞄准了一颗名为SAO 206462的原恒星周围的盘。在那里,研究人员可能发现了一颗正在原行星盘中形成的候选行星但这并不是他们期望发现的行星。"一些模拟结果表明,这颗行星应该在圆盘内,质量大、体积大、温度高、亮度高。但我们没有发现它。这意味着,要么这颗行星比我们想象的要冷得多,要么它可能被某些物质遮挡住了,使我们无法看到它,"库格诺说,他也是这三篇论文的共同作者。"我们发现的是一颗不同的候选行星,但我们无法百分之百确定它是一颗行星,还是一颗模糊的背景恒星或星系污染了我们的图像。未来的观测将帮助我们准确了解我们所看到的是什么"。天文学家过去曾对这个圆盘进行过观测,特别是哈勃太空望远镜、斯巴鲁望远镜、甚大望远镜和 ALMA。这些观测结果表明,圆盘由两个强螺旋组成,很可能是由一颗正在形成的行星发射的。马萨诸塞大学的研究小组预计发现的这颗行星属于气态巨行星,主要由氢和氦组成,类似于太阳系中的木星。两只旋臂从SAO 206462周围富含气体的盘中伸出,SAO 206462是一颗位于豺狼座的年轻恒星。这幅由斯巴鲁望远镜及其 HiCIAO 仪器获取的图像首次显示了环星盘中的螺旋臂。图像追踪了恒星发出并散射在星盘表面的光线。星盘本身的直径约为140亿英里,约为太阳系中冥王星轨道的两倍。图片来源:NAOJ/Subaru库格诺说:"问题是,我们要探测的东西比恒星暗淡几十万倍,甚至几百万倍。这就像试图探测灯塔旁边的一个小灯泡一样。"为了更近距离地观察这个圆盘,研究小组使用了 JWST 上的一个名为 NIRCam 的仪器。NIRCam可探测红外光,天文学家利用该仪器采用了一种称为角差分成像的技术。这种技术既可以用来探测行星的热辐射就像研究小组探测候选行星那样,也可以用来探测与落到行星上并高速撞击行星表面的物质有关的特定发射线。库格诺说:"当物质落到行星上时,会在表面产生震动,并发出特定波长的发射线。我们使用一组窄带滤光片来探测这种吸积。以前曾在地面上用光学波长进行过这种探测,但这是第一次用 JWST 在红外波段进行探测。"维多利亚大学的这篇论文由天文学学生卡姆林-穆林(Camryn Mullin)领导,描述了年轻恒星HL Tau周围的圆盘图像。"HL Tau 是我们探测器中最年轻的系统,周围仍有密集的尘埃和气体流入星盘,"三项研究的共同作者穆林说:"我们对利用 JWST 可以看到周围物质的详细程度感到惊讶,但不幸的是,这掩盖了潜在行星的任何信号。"众所周知,HL Tau 的星盘上有几个太阳系规模的星环和缝隙,可能孕育着行星。"虽然有大量证据表明行星正在形成,但HL Tau太年轻了,有太多的尘埃介入,无法直接看到行星,"寻找正在形成的行星的观测活动的主要研究者、亚利桑那大学斯图尔特天文台的天文学家Jarron Leisenring说。"我们已经开始观测其他有已知行星的年轻系统,以帮助形成更完整的图像。"然而,令研究小组惊讶的是,JWST 揭示了一个不同特征的意想不到的细节:原恒星包膜,据莱森林称,它本质上是年轻恒星周围刚刚开始凝聚的尘埃和气体的密集流入。在引力的作用下,星际介质中的物质向内坠落到恒星和星盘上,成为行星及其前身的原材料。由美国宇航局哈勃/萨根研究员凯文-瓦格纳(Kevin Wagner)领导的亚利桑那大学斯图尔特天文台的研究对MWC 758的原行星盘进行了检查。与 SAO 206462 类似,由亚利桑那大学领导的研究小组之前的观测也发现了在盘中形成的螺旋臂,暗示着有一颗大质量行星围绕着它的主恒星运行。研究人员说,虽然在最近的观测中没有在圆盘中探测到新的行星,但这种灵敏度是开创性的,因为它使他们能够对可疑行星施加最严格的限制。首先,这些结果排除了在 MWC 758 的外部区域存在其他行星的可能性,这与一颗巨行星驱动旋臂的情况是一致的。这三项研究的合著者瓦格纳说:"在所有三个系统中都没有探测到行星,这告诉我们,造成缝隙和旋臂的行星要么离它们的宿主恒星太近,要么太暗,无法用JWST观测到。如果后者属实,那就告诉我们它们的质量相对较低、温度较低、被尘埃笼罩,或者是三者的某种组合MWC 758很可能就是这种情况"。捕捉正在形成中的行星非常重要,因为天文学家不仅可以收集到关于行星形成过程的信息,还可以收集到关于化学元素如何在整个行星系统中分布的信息。"像太阳这样的恒星中,只有大约15%拥有像木星这样的行星。了解它们是如何形成和演化的,并完善我们的理论确实非常重要,"三项研究的共同作者、麻省理工大学天文学家迈克尔-迈耶(Michael Meyer)说。"一些天文学家认为,这些气态巨行星调节着向在星盘内部形成的岩质行星输送水的过程。迈耶说,了解气态巨行星是如何塑造这些星盘的,将有助于天文学家最终了解原行星盘的性质和演化过程,这些原行星盘后来产生了岩质类地行星。库格诺说:"基本上,在我们以足够高的分辨率和灵敏度观测到的每一个星盘中,我们都能看到大型结构,如间隙、星环,在SAO 206462的情况下,还有螺旋状结构。这些结构中的大部分(如果不是全部的话)都可以用形成中的行星与磁盘物质相互作用来解释,但也存在其他不涉及巨行星存在的解释。"如果我们最终能够看到这些行星,我们就能将其中的一些结构与正在形成的伴星联系起来,并将形成过程与其他系统在更晚阶段的特性联系起来。我们最终可以把这些点联系起来,了解行星和行星系统作为一个整体是如何演化的"。编译来源:ScitechDaily ... PC版: 手机版:

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