美国宇航局发布了一张令人惊叹的图像来庆祝詹姆斯·韦伯太空望远镜

今天，在 NASA 公布该任务的第一批数据和图像 365 天后，JWST 显然可以沉着地拍摄出严肃的科学和美丽的照片。 NASA 正在庆祝 JWST 首次科学亮相一周年…… 新照片发布，展示了望远镜重新想象宇宙的能力。 这张戏剧性的、有点幻觉的图像捕捉到了蛇夫座 Rho 云复合体的动态，这是距离地球最近的恒星形成区域，像我们这样的行星系统可能处于形成的早期阶段。

美国宇航局天体物理学家简·里格比（Jane Rigby）本月早些时候成为 JWST 项目的首席科学家，她说：“这台望远镜的工作效果比我们预期的要好。”

里格比说，科学界在规划第一年观测的议程时有点谨慎，但明年的科学将充分利用望远镜的能力。 “第二年我们变得更加大胆。”

詹姆斯韦伯太空望远镜绕太阳的旅程并非一帆风顺。 科学运营的第一年包括出于安全原因短暂暂停数据收集以及与太空尘埃的严重碰撞，迫使项目经理从现在开始或多或少地向后移动天文台。

但处理从望远镜下载的数据的科学家对其性能感到兴奋，因为它筛选光谱的红外部分，收集以前的哈勃太空望远镜无法收集的光。

到目前为止的头条新闻是，JWST 在早期宇宙中看到了许多令人惊讶的明亮星系。 事实证明这有点令人费解。

在美国宇航局韦伯望远镜拍摄的图像中进行宇宙之旅

不，JWST 并没有反驳大爆炸理论。 宇宙学并没有走颅相学的道路。 但对星系形成早期的大量光的观测导致了很多令人头疼的事情。 观察和理论尚未完全一致。

“我认为存在紧张局势，”巴尔的摩太空望远镜科学研究所 JWST 任务负责人、物理学家马西莫·斯蒂维利 (Massimo Steavelli) 说。 “这是不可否认的，因为事情与我们想象的不同。”

JWST 的主要发现

JWST 于 20 世纪 80 年代末被设想为尚未发射的哈勃太空船的继承者，但多年来一直因延误和迫在眉睫的与有经济头脑的立法者的遭遇而遭受损失。 这是一项100亿美元的投资。 它的设计没有采用那种模块化功能，以便在出现问题时能够提供备件。

它也位于遥远的深空，在一个名为 L2 的围绕太阳的引力稳定轨道上，使其距地球大约一百万英里。 NASA 目前没有宇宙飞船来运送宇航员往返 L2。

所有这些都让科学家们更加高兴，因为望远镜正在按计划工作。

对于这种设计的望远镜来说，年份是相当有问题的。 望远镜镜子必须保持太冷，无法指向太阳附近的任何地方，所以不要指望看到任何漂亮的金星 JWST 图像。 但完整的轨道使望远镜有机会覆盖宇宙的大部分区域。

JWST 于 2021 年圣诞节早上发射，实际上已经绕了一年半的轨道，但前六个月专门用于部署其庞大的镀金收藏品 六角形镜子和宽大的遮阳罩可以让她保持凉爽，并调整她的乐器。

这些镜子收集的光携带着宇宙多层的信息，从最远、最微弱、几乎难以察觉的星系到更发光的前景星系以及我们银河系内由尘埃和气体组成的恒星形成云。 它观察了我们附近的太阳系，并返回了充满科学数据的木星和土星的海报图像。

早期宇宙是 JWST 进行最有趣、有时甚至令人困惑的研究的地方。 我们的目标是了解早期宇宙是如何演化的，星系是如何形成的，以及我们如何到达现在的位置——在一个绕着大星系旋臂之一的恒星运行的行星上。

“我们的家是银河系，”加州大学圣克鲁斯分校的理论天体物理学家布兰特·罗伯逊说。 “这是一个星系。这是一个美丽的星系。我们可以拍摄内部的照片。但这引出了一个问题：它是如何到达这里的？它是如何形成的？”

这种宇宙考古学就是 JWST 最初建立的原因。 宇宙的一个奇怪的特征是光是永恒的。 它变得更暗，但它仍然存在，包括较旧的光，由于大爆炸以来发生的空间膨胀，这些光已很大程度上转移到光谱的红外部分。 天体物理学家可以利用 JWST 进行大量研究 红移较高的星系，可以更深入地了解过去。

罗伯逊是最近两篇论文中的一篇，描述了 JWST 探测并确认的迄今为止最遥远的星系，名为 JADES-GS-Z13-0。 它的红移为 13.2，相当于大爆炸后约 3.2 亿年。 他说，有人声称可能存在红移较高的星系，但仍在等待确认。

当被问及银河系是什么样子时，他说：“这是一个污点。”

但是，如果你能以某种方式登上一艘宇宙飞船，通过不同的虫洞将自己传送到遥远的过去，并在那个星系旁边盘旋呢？ 那么它会是什么样子呢？

罗伯逊说：“如果你能在它旁边，你的眼睛会发现这个星系本身会很蓝，因为它正在形成恒星。” “在早期宇宙中，它会是非常明亮的蓝色。”

关于早期星系的谜团

立即，天文学家在查看 JWST 早期宇宙数据时发现了一些出乎意料的事情：大量的 异常明亮的星系。

亮度是质量的近似值。 因此，通常假设非常明亮的星系质量非常大。 但星系需要时间来成长。 理论学家此前已经建立了早期星系演化的一般时间表，而那些由 JWST 探测到的星系乍一看似乎相对于它们的年龄来说非常成熟。

詹姆斯韦伯太空望远镜可能会告诉科学家，早期宇宙中的星系形成在某种程度上比之前已知的更有效率。

“我们需要对那些非常早期的星系如何形成及其恒星生长的理论进行一些调整，”他说。 Cihan Kartaltepe，罗切斯特理工学院的天体物理学家。

“我们所看到的一切都没有让我认为我们已经打破了宇宙学，”里格比说。 “它告诉我们的是，星系一起工作的时间早于我们认为的时间。”

与我们这些非天体物理学家的预期相反，黑洞可能是这些早期星系亮度的另一个因素。 尽管根据定义，黑洞是一种引力场如此强烈的结构，甚至连光都无法从中逃脱，但当过热的气体和尘埃落向事件视界时，黑洞周围的区域会发光。

去年，当时是德克萨斯大学奥斯汀分校博士生丽贝卡·拉尔森（Rebecca Larson）看到了一些奇怪的事情。 当她检查来自遥远星系 CEERS 1019 的数据时，她发布了这些数据 超过 130 亿年前的光——当时宇宙正在滚动，星系是由炽热、年轻、明亮的蓝色恒星组成的小型、形状不良的团块。

拉尔森对 CEERS 1019 中心发出的异常明亮的光感到困惑。“那到底是什么？” 我想。

你猜对了，是一个超大质量黑洞。 尽管这个星系很年轻，但却成功地形成了一个黑洞，科学家估计该黑洞的质量相当于一千万个太阳。 拉尔森和她的同事的一份报告将其描述为有史以来发现的第一个超大质量黑洞。

外行星上的兴奋

过去的一年也开始表明，用天体物理学家加思·伊林沃思的话说，JWST 是一个“光谱中心”。 事实证明，它在捕获所收集的光的光谱方面具有惊人的能力，这些光谱携带了有关被观察物体的信息。

这种能力带来了望远镜的第一个重大发现：围绕一颗遥远恒星运行的巨行星 WASP 39b 大气层中的二氧化碳。 以目前的技术来看，这颗行星本身是不可见的。 但当它经过母恒星前方或后方时，星光的变化会编码有关行星大气层的信息。

美国宇航局天体物理学家妮可·科隆说，在这颗行星诞生之前，还没有人对系外行星大气中的二氧化碳进行过明确的检测。

“我们第一次看到该特征的光谱特征时，它很美丽，”她说。 “它击中了我们的脸。这是一个巨大的信号，非常棒。”

需要明确的是，研究光谱的科学家正在研究数据的图形显示，而不是实际图像。 发现超大质量黑洞的拉尔森对该星系明亮中心区域的光谱成像感到非常惊讶，用她的话说，“我从未想过要看看 JWST 的实际图像。”

就在那时，卡尔塔尔特佩向她展示了望远镜获得的星系图像。 值得注意的是，该星系有三个亮点，其中一个特别亮点在中间。 这就是拉尔森的超大质量黑洞。

“我刚开始哭，”她说。