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：

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

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：

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：

韦伯望远镜在周边的行星系统中发现了水

韦伯望远镜在周边的行星系统中发现了水 天文学家检测到附近一颗恒星附近有水蒸气旋转，这表明围绕它形成的行星有一天可能能够支持生命。 这个年轻的行星系统被称为 PDS 70，距离我们 370 光年。其中心的恒星大约有 540 万年的历史，温度比我们的太阳还要低。围绕它旋转的是两颗已知的气态巨行星，研究人员最近确定其中一颗 PDS 70b 可能与正在形成的第三颗“兄弟”行星共享其轨道。 两种不同的气体和尘埃盘（形成恒星和行星所需的成分）围绕着恒星。内盘和外盘之间的间隙长达 50 亿英里（80 亿公里）。气态巨行星位于间隙中，它们围绕恒星运行。 韦伯望远镜的中红外仪器检测到距离恒星不到 1 亿英里（1.6 亿公里）的内盘中水蒸气的特征。天文学家认为，如果 PDS 70 与我们的太阳系类似，那么内盘可能会形成与太阳系类似的小型岩石行星。 在我们的系统中，地球的轨道距太阳 9300 万英里（1.5 亿公里）。 上周在《自然》 杂志上发表了一项。

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：