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韦伯望远镜将能看到:宇宙大爆炸后的众多景像,超越哈勃望远镜!

2020-07-10 00:14:53博名知识网
天文学家和工程师把望远镜设计成“时间旅行者”,因为物体距离越远,其光线到达地球的时间就越长,回顾遥远的过去是美国宇航局(NASA)未来将推出詹姆斯·韦伯太空望远镜专门收集红外光的原因之一:这些更长的波长最初是由恒星和星系在130亿年前以紫外光的形式发射出来,当它们通过膨胀的宇宙向我们移动时,已经延伸或红移成了

  天文学家和工程师把望远镜设计成“时间旅行者”,因为物体距离越远,其光线到达地球的时间就越长,回顾遥远的过去是美国宇航局(NASA)未来将推出詹姆斯·韦伯太空望远镜专门收集红外光的原因之一:这些更长的波长最初是由恒星和星系在130亿年前以紫外光的形式发射出来,当它们通过膨胀的宇宙向我们移动时,已经延伸或红移成了红外光。

  

  尽管许多其他天文台,包括美国宇航局的哈勃太空望远镜,之前都曾通过凝视天空小区域大量时间来创建“深场”,但由德克萨斯大学奥斯汀分校史蒂文·L·芬克尔斯坦领导的宇宙演化早期科学(CEERS)研究将是韦伯太空望远镜的第一次,研究团队将花费60多个小时将望远镜对准一片被称为加长格罗斯地带的天空,这也是哈勃太空望远镜近红外星系外深层遗产调查(CANDELS)的一部分。

  

  有了韦伯太空望远镜,能对更靠近大爆炸的星系进行第一次观测,因为用任何其他望远镜都绝对不可能进行这项研究,而韦伯太空望远镜能够在过去难以在地面或太空中观测到的波长上,将做一些了不起的事情。亚利桑那州国家科学基金会国家光学-红外天文学研究实验室的马克·迪金森曾表示:同时也期待着未来韦伯太空望远镜的观测。像哈勃深场这样的研究已经使天文学家,能够绘制出宇宙恒星在星系中形成的历史。

  超越哈勃望远镜

  哈勃深场从宇宙大爆炸开始的5亿年内一直到现在,都是令人惊讶的细节,有了CEERS,韦伯太空望远镜将看得更远,为这些研究增加新的数据。早期的宇宙是什么样子?当然有很多数据点,但还不足以对其状况进行详尽的普查。此外,天文学家的知识和假设经常更新,几乎经常在发现新东西来完善或填补或推翻之前的理论。纽约罗切斯特理工学院的CEERS研究联合研究员Jeyhan Kartaltepe说:

  

  每次我们看得更远,发现星系的时间都比想象的要早。早期宇宙中的条件必须适合星系的形成,它们形成并迅速变大,质量变得非常快。当时的宇宙更加“紧凑”,这意味着恒星和星系的形成效率可能更高。一些模型预测将在比哈勃望远镜看到更远更早的时代发现50个星系,但另一些模型预测我们只会发现少数几个。在这两种情况下,数据都将帮助我们限制早期宇宙中星系的形成。研究人员希望识别大量遥远的天体,包括宇宙中最遥远的星系。

  

  早期的星系合并和相互作用,第一个大质量或超大质量的黑洞,甚至比之前发现的更早类星体。这些潜在的“第一”仅仅是这项研究价值的开始:这个由来自世界各地100多名研究人员组成的团队,将继续对该领域的许多物体进行分类,这些数据将有助于证明宇宙在不同时期的结构是什么样的。也许这项研究最令人兴奋的部分是:研究小组将如何利用这些数据来发现关于宇宙历史上一个重要时期的新发现,这段时期被称为“再电离时代”。

  深入研究宇宙早期时代

  宇宙大爆炸引发了一系列事件,导致了宇宙微波背景、黑暗时代、第一批恒星和星系,然后是再电离时代。在此期间,宇宙中的气体从大多数中性转变为紫外光,这意味着它是不透明的,并成为完全电离的,这使得它是透明的。电离意味着原子的电子被剥夺了,最终导致了今天在宇宙大部分区域检测到的“清晰”条件。关于宇宙中这一独特的时刻,仍有许多问题存在。

  

  例如,是什么使气体从中性转变为电离?又花了多长时间,宇宙才变得明显不透明,变得更加透明呢?研究认为这是在年轻紫外线逃逸形成星系时发生,可能还有其他因素。例如,早期吸积的黑洞可能也发出了紫外光,最终帮助改变了气体。星系出现在天空中的位置提供了另一条线索,科学家将研究再电离时代的星系,看看它们是聚集在同一区域,还是更加孤立。

  

  虽然对星系演化成长和变得更大的原因有很多想法,但需要更全面的关于这些星系的信息,才能充分了解它们最初是如何成长和演化的。星系合并或相互作用的存在(或缺乏),也将有助于该团队追踪再电离时代的环境条件。CEERS的研究将给我们提供关于这段时间是如何进行的线索。该小组设计了CEERS研究,为这一视野中的许多目标提供尽可能多的补充数据。

  韦伯宇宙大普查

  研究将使用韦伯的三台仪器,在几种模式下,除了光谱之外,还将获得加长的格罗斯地带图像。而且光谱是无价的数据,因为它们帮助研究人员识别每个目标的颜色、温度、运动和质量。并提供更深入的观察远处物体的化学组成,这就是韦伯太空望远镜近红外光谱仪(NIRSpec)的不同之处,研究将打开光谱仪的微快门缝隙,单独观察数百个星系。在最初数据发布后的几个月里,CEERS研究人员将创建并发布任何研究人员都可以用来分析数据的新工具和目录:

  

  包括星系质量、星系形状和光度红移,用同样的一套观测,数百名研究人员可以进行数百项科学实验。还会发现一些我们甚至没有想过要问的事情,这也是CEERS研究将如此有价值的另一个原因。宇宙演化早期科学研究(CEERS)将影响未来与韦伯太空望远镜一起进行的遥远星系研究,同时还将向社会证明,使用各种仪器和模式进行观测是提高韦伯太空望远镜科学产量非常有效的方式。

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