前往时间边缘的旅程：詹姆斯-韦伯太空望远镜揭示了最遥远的星系

前往时间边缘的旅程：詹姆斯-韦伯太空望远镜揭示了最遥远的星系JWST的最初观测产生了几个极端距离的候选星系，正如早期用哈勃太空望远镜进行的观测一样。现在，这些目标中的四个已经通过获得长时间的光谱观测得到了确认，这不仅为它们的距离提供了安全的测量，而且还使天文学家能够描述这些星系的物理特性。加州大学圣克鲁斯分校天文学和天体物理学教授布兰特-罗伯逊（BrantRobertson）说："我们已经在遥远的宇宙中发现了奇特的早期的星系"。"通过JWST，我们现在第一次可以发现如此遥远的星系，然后通过光谱学确认它们真的有那么远。"天文学家通过确定一个星系的红移来衡量它的距离。由于宇宙的膨胀，遥远的物体似乎正在从我们身边退去，它们的光被多普勒效应拉长到更长、更红的波长。基于通过不同滤光片拍摄的图像的测光技术可以提供红移的估计，但明确的测量需要光谱学，它将来自一个物体的光分离成其组成波长。宇宙正在膨胀，这种膨胀使在空间中旅行的光被拉长，这种现象被称为宇宙学红移。红移越大，光所走过的距离就越大。因此，需要带有红外线探测器的望远镜来看到来自最早、最遥远的星系的光。资料来源：美国宇航局，欧空局，ANDL.Hustak(STSci)新的发现集中在四个红移高于10的星系上。最初由哈勃观测到的两个星系现在已经确认了10.38和11.58的红移。两个最遥远的星系，都是在JWST的图像中探测到的，它们的红移分别为13.20和12.63，使它们成为迄今为止被光谱学证实的最遥远的星系。13.2的红移对应于大约135亿年前。"这些远远超出了我们在JWST之前所能想象的发现，"罗伯逊说。"在红移13，宇宙只有大约3.25亿年的历史"。罗伯逊和来自英国赫特福德大学的艾玛-柯蒂斯-莱克是关于这些结果的两篇论文的主要作者，这些论文还没有通过同行评审。这些观测结果是由领导开发韦伯号上的两个仪器--近红外相机（NIRCam）和近红外光谱仪（NIRSpec）的科学家合作完成的。对最微弱和最早的星系的调查是这些仪器概念中的主要设计目的。2015年，这些仪器团队共同提出了JWST高级深外星系调查（JADES），这是一个雄心勃勃的计划，只分配了望远镜一个多月的时间，旨在提供一个深度和细节都前所未有的早期宇宙的视图。JADES是一个由10个国家的80多位天文学家组成的国际合作项目。JADES计划从NIRCam开始，利用超过10天的任务时间，对哈勃超深场内和周围的一小片天空进行观测。天文学家已经用几乎所有的大型望远镜研究这个区域超过20年了。JADES团队在九个不同的红外波长范围内对该区域进行了观测，捕捉到精美的图像，揭示了近10万个遥远的星系，每个星系都在数十亿光年之外。然后，研究小组使用NIRSpec光谱仪进行了为期三天的观测，收集了250个微弱星系的光线。这产生了精确的红移测量，并揭示了这些星系中气体和恒星的特性。罗伯逊说："通过这些测量，我们可以知道这些星系的内在亮度，并计算出它们有多少恒星。"现在我们可以开始真正挑出星系是如何随着时间的推移组合在一起的。"来自英国剑桥大学的共同作者SandroTacchella补充说："如果不了解星系发展的初始时期，就很难了解星系。就像人类一样，后来发生的很多事情都取决于这些早期恒星的影响。关于星系的许多问题一直在等待韦伯的变革性机会，我们很高兴能够在揭示这个故事中发挥作用。"根据罗伯逊的说法，这些早期星系的恒星形成会比它们被观测到的年龄早约1亿年，将最早的恒星的形成推到大爆炸后约2.25亿年。他说："我们看到的恒星形成的证据与我们根据星系形成的模型所能预期的时间差不多早。"其他团队根据对JWST图像的光度分析，在更高的红移处发现了候选星系，但是这些星系还没有得到光谱学的证实。JADES将在2023年继续对另一个领域进行详细研究，这个领域以标志性的哈勃深场为中心，然后回到超深场进行另一轮的深度成像和光谱分析。该领域还有许多候选者等待光谱调查，已经获批了数百小时的额外观测时间。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353709.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353709.htm

詹姆斯·韦伯望远镜刚刚发现了两个来自宇宙早期的异常明亮的星系

詹姆斯·韦伯望远镜刚刚发现了两个来自宇宙早期的异常明亮的星系被确认的最遥远的星系被称为GLASS-z12，被认为是大爆炸后3.5亿年的产物。这些星系是在JWST的两个计划中发现的，即GLASS-JWST早期发布科学计划（来自太空的光栅放大测量）和宇宙进化早期发布科学调查（CEERS）。来自这些调查的数据确定了具有高红移的星系，这意味着由于宇宙的膨胀，来自它们的光被转移到光谱的红端。红移越大，光线在到达我们面前时已经走得越远，因此星系越老。红移越大，光线在到达我们之前已经走得越远。为了识别最古老的星系，研究人员首先观察JWST拍摄的图像，并根据其颜色选择感兴趣的星系。他们寻找那些没有出现在可见光波段但却出现在JWST红外范围内的星系。这意味着一个星系被红移了很多，以至于它的光已经移出了可见光范围，使它有可能成为一个非常早期的星系。挑战在于，还有其他原因导致一个星系可能不会出现在可见光图像中。例如，光学光线可能被灰尘阻挡，或者一个星系可能只是异常的红色。为了确认一个特定的星系真的非常古老，我们需要更多光谱学形式的数据。CEERS的共同研究者JeyhanKartaltepe说："获得光源的光谱，当我们看到来自不同元素的发射线时，它真的告诉我们我们在看什么。因此，这是我们需要遵循的金标准。"最近宣布的两个星系还没有得到光谱测量的确认，但是最遥远的星系已经被ALMA（阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列）的数据初步确认。随着校准的完善，研究人员对JWST早期数据的准确性进行了一些检讨。一些非常早期的结果公布了红移高达13的星系，但是这个数字现在已经随着更精确的校准被细化为12.5。这是因为最早的数据是基于在地面上进行的校准，而最近的数据反映了10月份望远镜在太空中时进行的校准。校准JWST的仪器是一个漫长的过程，随着时间的推移，读数将变得更加精确。除了证实这些发现之外，收集这些目标的光谱学数据将使人们更深入地了解早期星系的内容。"这就像使用一个棱镜，我们能够看到不同原子元素的指纹，这些元素在星系的光谱中具有不同的颜色，"GLASS-JWST的共同研究者AlainaHenry解释说。"因此，我们得到了关于星系内容、它们形成恒星的速度以及气体运动的更详细的信息。"就目前而言，这些早期星系的极端亮度正在使天文学家们重新思考他们对最早的恒星的假设。虽然非常明亮的星系通常质量非常大，但可能这些早期明亮的星系并没有那么大的质量--它们只是充满了III类恒星。III类恒星仍然是假设性的，但这个想法是，它们是最早的恒星之一，其成分与我们今天看到的恒星不同。这开启了一个关于恒星的性质以及它们如何形成的课题，以及在非常早期形成的恒星的类型。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333159.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333159.htm

詹姆斯·韦伯太空望远镜回顾早期宇宙 看到了像我们银河系一样的星系

詹姆斯·韦伯太空望远镜回顾早期宇宙看到了像我们银河系一样的星系这个模拟显示了恒星条如何形成（左）和恒星条驱动的气体流入（右）。恒星条在星系演化中发挥着重要作用，它将气体输送到星系的中心区域，在那里迅速转化为新的恒星，其速度通常是星系其他区域的10到100倍。条带也通过引导部分气体间接地帮助星系中心的超大质量黑洞成长。资料来源：FrancoiseCombes，巴黎天文台在詹姆斯·韦伯太空望远镜升空之前，哈勃太空望远镜的图像从未在如此年轻的时代检测到条形星系。在哈勃图像中，一个名为EGS-23205的星系只不过是一个圆盘状的污点，但在去年夏天拍摄的相应的JWST图像中，它是一个美丽的螺旋星系，有一个清晰的恒星条。德克萨斯大学奥斯汀分校的天文学教授ShardhaJogee说："在哈勃数据中几乎看不到的条状物在JWST图像中突然出现，显示了JWST的巨大力量，可以看到星系的基本结构。"她描述了来自宇宙演化早期释放科学调查（CEERS）的数据，由UTAustin教授StevenFinkelstein领导。JWST以高分辨率和比哈勃更长的红外波长绘制星系图的能力使它能够透过尘埃，揭示出遥远星系的基本结构和质量。这可以从EGS23205星系的这两张图片中看出，它在大约110亿年前的样子。在HST的图像中（左图，用近红外滤镜拍摄），该星系只不过是一个被灰尘遮挡的盘状污点，并受到年轻恒星的强光影响，但在相应的JWST中红外图像中（在去年夏天拍摄），它是一个美丽的螺旋星系，有着清晰的恒星条。资料来源：NASA/CEERS/德克萨斯大学奥斯汀分校该研究小组发现了另一个有条带的星系，EGS-24268，也来自大约110亿年前，这使得两个有条带的星系的存在时间比以前发现的任何星系都要远。在一篇被接受发表在《天体物理学杂志通讯》上的文章中，他们强调了这两个星系，并展示了80多亿年前的其他四个条带星系的例子。领导分析的研究生Yuchen"Kay"Guo说："对于这项研究，我们正在研究一个新的体系，以前没有人使用这种数据或做这种定量分析，所以一切都很新。这就像进入了一个从未有人进入过的森林。""条带解决了星系的供应问题，"Jogee说。"就像我们需要把原材料从港口运到制造新产品的内陆工厂一样，条状物有力地把气体输送到中心区域，在那里气体被迅速转化为新的恒星，其速度通常比星系其他地方快10到100倍。"在这样的早期时代发现条带，从几个方面动摇了星系的演化方案。Jogee说："这次发现的早期条带意味着星系演化模型现在有了一条新的途径，通过条带来加速早期新星的产生。"而这些早期星条的存在对理论模型提出了挑战，因为它们需要得到正确的星系物理学，以预测正确的星条丰度。该小组将在他们的下一篇论文中测试不同的模型。JWST图像的蒙太奇，显示了六个条形星系的例子，其中两个代表了迄今为止定量识别和定性的最高回视时间。每张图左上方的标签显示了每个星系的回望时间，从84亿年前到110亿年前（Gyr）不等，当时宇宙的年龄只有现在的40%到20%。资料来源：NASA/CEERS/德州大学奥斯汀分校JWST能够比哈勃更好地揭开遥远星系的结构，原因有二。首先，它更大的镜子赋予它更多的集光能力，使它能够看得更远，分辨率更高。其次，它可以更好地看穿尘埃，因为它观察的红外波长比哈勃更长。本科生EdenWise和ZileiChen在研究中发挥了关键作用，他们目测了数百个星系，寻找那些看起来有条带的星系，这有助于将名单缩小到几十个，供其他研究人员用更深入的数学方法进行分析。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338231.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338231.htm

詹姆斯·韦伯太空望远镜揭示了宇宙中最古老的星团

詹姆斯·韦伯太空望远镜揭示了宇宙中最古老的星团这项工作是由一个加拿大天文学家团队进行的，包括来自多伦多大学文理学院邓拉普天文学和天体物理学研究所的专家。邓拉普天文学与天体物理学研究所的博士后研究员LamiyaMowla说："JWST是为了寻找第一批恒星和第一批星系而建造的，并帮助我们了解宇宙中复杂性的起源，如化学元素和生命的构件，"他是这项研究的共同主要作者，这项研究是由加拿大NIRISS无偏群调查（CANUCS）小组进行的。"韦伯第一深场的这一发现已经提供了对恒星形成最早阶段的详细观察，证实了JWST令人难以置信的力量。"研究人员研究了位于韦伯第一深场的闪亮星系，并利用JWST确定它周围的五个闪亮物体是球状星团。图片来源：加拿大航天局，图片来自NASA、ESA、CSA、STScI；Mowla、Iyer等人，2022年在精细的韦伯第一深场图像中，天文学家们很快就锁定了他们称之为"火花星系"的的天体。这个星系位于90亿光年之外，它的名字来自于它周围出现的黄红色小点的紧凑物体，研究人员称之为"火花"。研究小组确定，这些火花可能是正在形成恒星的年轻星团--诞生于大爆炸后30亿年的恒星形成高峰期，也可能是古老的球状星团。球状星团是一个星系萌芽时期的古老恒星集合体，包含了关于其最早形成和成长阶段的线索。通过对其中12个紧凑物体的初步分析，研究小组确定其中5个不仅是球状星团，而且是已知的最古老的星团之一。"来自JWST的第一批图像发现遥远星系周围的古老球状星团是一个令人难以置信的时刻--这是以前的哈勃太空望远镜成像所无法做到的，"邓拉普天文学与天体物理学研究所的博士后研究员、该研究的共同主要作者KartheikG.Iyer说。"由于我们可以在一系列的波长范围内观察到这些'火花'，我们可以对它们进行建模，并更好地了解它们的物理特性--比如它们的年龄有多大以及它们包含多少颗恒星。我们希望用JWST从如此遥远的距离观察球状星团的知识将刺激进一步的科学和搜索类似的物体。天文学家利用引力透镜来研究非常遥远和非常微弱的星系。资料来源：美国国家航空航天局，欧空局和L.Calçada银河系已知有大约150个球状星团，但是这些密集的星团究竟是如何形成的，以及何时形成的，人们并不十分清楚。天文学家们知道，球状星团的年龄可能非常大，但要测量它们的年龄却具有难以置信的挑战性。利用非常遥远的球状星团来确定遥远星系中第一批恒星的年龄，这在以前是没有的，只有在JWST上才有可能做到。直到现在，天文学家还不能用哈勃太空望远镜看到火花星系的周边紧凑物体。这种情况随着JWST分辨率和灵敏度的提高而改变，在韦伯的第一张深场图像中首次揭示了该星系周围的小点，它被放大了100倍，这是由于一种叫做引力透镜的效应--前景中的SMACS0723星系团扭曲了它背后的东西，很像一个巨大的放大镜。引力透镜产生了三个独立的"火花"图像，使天文学家能够更详细地研究这个星系。研究人员将JWST的近红外相机（NIRCam）的新数据与哈勃景象望远镜的档案数据相结合。NIRCam使用较长和较红的波长探测微弱的物体，以观察超过人眼甚至哈勃太空望远镜可见的东西。由于星系团的透镜作用，以及JWST的高分辨率，这两方面的放大作用使得观察紧凑物体成为可能。JWST上加拿大制造的近红外成像仪和无缝隙光谱仪（NIRISS）提供了独立的验证，即这些天体是古老的球状星团，因为研究人员没有观察到氧射线--这是正在积极形成恒星的年轻星团所发出的具有可测量光谱的发射物。NIRISS还帮助解开了"闪耀者"的三层光束图像的几何结构。JWST的加拿大制造的NIRISS仪器在帮助我们理解"闪耀者"及其球状星团的三个图像是如何连接的方面至关重要，"圣玛丽大学的教授MarcinSawicki说。他是加拿大天文学研究主席，也是这项研究的共同作者。 "看到对火花星系的几个球状星团进行了三次成像，使我们清楚地看到，它们是围绕着火花星系运行的，而不是简单地在它的前面偶然出现。"JWST将从2022年10月开始观测CANUCS场，利用其数据来检查五个大规模的星系团，研究人员期望在其周围发现更多这样的系统。未来的研究还将对星系团进行建模，以了解透镜效应，并执行更有力的分析来解释恒星形成的历史。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333883.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333883.htm

韦伯太空望远镜观察到以“宇宙火球”形态存在的早期星系

韦伯太空望远镜观察到以“宇宙火球”形态存在的早期星系该研究的主要作者、加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授TommasoTreu说："我们看到星系以一种令人激动的速度形成新的恒星。韦伯令人难以置信的分辨率使我们能够以前所未有的细节研究这些星系，我们看到所有这些恒星的形成都发生在这些星系的区域内。"特鲁指导着GLASS-JWST早期发布科学计划，该计划的第一个结果是该特刊的主题。这期杂志中另一项由加州大学洛杉矶分校领导的研究发现，在大爆炸后不久--不到10亿年内--形成的星系可能已经开始燃烧剩余的吸收光子的氢，为黑暗的宇宙带来光明。图为GuidoRoberts-Borsani"即使是我们最好的望远镜也确实难以确认如此遥远的星系的距离，所以我们不知道它们是否使宇宙变得透明，"领导这项研究的加州大学洛杉矶分校博士后研究员GuidoRoberts-Borsani说。"韦伯正在向我们展示，它不仅可以做这项工作，而且可以以惊人的速度完成。它是一个游戏规则的改变者。"这些发现是加州大学洛杉矶分校天体物理学家的许多令人惊叹的发现中的两个，他们是第一批通过韦伯新近打开的一扇窗户窥视过去的人。韦伯是目前人类在太空中设置的最大的近红外望远镜，其卓越的分辨率提供了一个无与伦比的视角，可以看到如此遥远的天体，其光线需要数十亿年才能到达地球。尽管这些天体现在已经老化，但只有它们最早的时候发出的光才有足够的时间穿越宇宙，最终出现在韦伯的探测仪上。因此，韦伯不仅起到了某种时间机器的作用--将科学家们带回到宇宙大爆炸后不久的时期--而且它所产生的图像已经成为一个家庭相册，其中有婴儿星系和星星的快照。图为TommasoTreuGLASS-JWST是美国宇航局在2017年选择的13个早期发布科学项目之一，以快速产生可公开访问的数据集，并展示和测试韦伯号上仪器的能力。该项目旨在了解第一批星系的光线是如何以及何时烧穿大爆炸留下的氢雾的--这一现象和时间段被称为"重化纪元"--以及气体和重元素如何在宇宙时间内分布在星系内部和周围。两位天文学家合作利用韦伯的三个创新的近红外仪器对早期宇宙中的遥远星系进行详细测量。离子化纪元是一个科学家们仍然不甚了解的时期。直到现在，研究人员还没有观测当时存在的星系所需的极其敏感的红外仪器。在宇宙再电离化之前，早期宇宙仍然没有光，因为来自早期恒星的紫外线光子被饱和空间的氢原子所吸收。科学家们认为，在宇宙最初的十亿年中的某个时候，由第一批星系和可能由第一批黑洞发出的辐射导致氢原子失去电子，或被电离，防止光子"粘"在它们身上，并为光子穿越空间清除了一条通道。随着星系开始电离出越来越大的气泡，宇宙变得透明，光线自由传播，就像今天一样，让我们每晚都能看到星星和星系的辉煌天幕。Roberts-Borsani发现星系的形成比以前认为的要快要早，这可以证实它们是宇宙再电离的罪魁祸首。这项研究还证实了已知的最远的两个星系的距离，使用一种新技术使天文学家能够探测宇宙再电离的开始。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336367.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336367.htm

从暗物质到明亮恒星：韦伯望远镜和 Renaissance模拟揭示早期宇宙

从暗物质到明亮恒星：韦伯望远镜和Renaissance模拟揭示早期宇宙研究人员开发了一种新的早期宇宙计算机模拟，与詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）的观测结果非常吻合。JWST的初步观测结果表明，我们对早期星系形成的理解可能存在一些问题。JWST研究的第一批星系似乎比理论预期的更亮、质量更大。爱尔兰梅努斯大学（MaynoothUniversity）的研究人员与佐治亚理工学院（GeorgiaInstituteofTechnology）的合作者最近在《天体物理学开放期刊》（TheOpenJournalofAstrophysics）上发表了这一引人入胜的发现，表明JWST的观测结果与理论预期并不矛盾。研究小组使用的所谓"Renaissance"是一系列高度复杂的计算机模拟，模拟早期宇宙中星系的形成。研究人员开发了一种新的早期宇宙计算机模拟，与詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）的观测结果非常吻合。图片来源：NASA、ESA、S.Beckwith（STScI）和HUDF团队这种模拟手段可以分辨出非常小的暗物质团块，并能追踪这些团块凝结并形成暗物质晕，然后承载我们观测到的星系类型。模拟还可以模拟宇宙中最早形成的恒星--第三族群恒星--的形成过程，这些恒星预计比现在的恒星质量大得多，亮度也高得多。马萨诸塞大学研究小组使用的模拟结果表明，这些星系与决定宇宙学模拟物理的模型是一致的。在谈到这些发现时，第一作者、梅努斯大学理论物理系博士生乔-麦卡弗里（JoeM.McCaffrey）说："我们已经证明，这些模拟对于了解我们在宇宙中的起源至关重要。未来，我们希望利用同样的模拟来研究早期宇宙中大质量黑洞的成长。"梅努斯大学理论物理系副教授约翰-雷根博士在谈到他的研究团队的研究和未来方向时说："JWST彻底改变了我们对早期宇宙的认识。利用其惊人的能力，我们现在能够一窥宇宙大爆炸后几亿年时的宇宙--那时宇宙的年龄还不到现在的1%。""JWST向我们展示的是，年轻的宇宙正在迸发出大量恒星形成和不断演化的大质量黑洞。下一步将利用这些观测结果来指导我们的理论模型--直到最近，这还是一件根本不可能的事情。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393225.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393225.htm