超越哈勃望遠(yuǎn)鏡，韋伯望遠(yuǎn)鏡將能看到：宇宙大爆炸后的眾多景像！

天文學(xué)家和工程師把望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)成“時(shí)間旅行者”，因?yàn)槲矬w距離越遠(yuǎn)，其光線到達(dá)地球的時(shí)間就越長(zhǎng)，回顧遙遠(yuǎn)的過去是美國(guó)宇航局（NASA）未來將推出詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡專門收集紅外光的原因之一：這些更長(zhǎng)的波長(zhǎng)最初是由恒星和星系在130億年前以紫外光的形式發(fā)射出來，當(dāng)它們通過膨脹的宇宙向我們移動(dòng)時(shí)，已經(jīng)延伸或紅移成了紅外光。

盡管許多其他天文臺(tái)，包括美國(guó)宇航局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，之前都曾通過凝視天空小區(qū)域大量時(shí)間來創(chuàng)建“深場(chǎng)”，但由德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校史蒂文·L·芬克爾斯坦領(lǐng)導(dǎo)的宇宙演化早期科學(xué)(CEERS)研究將是韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的第一次，研究團(tuán)隊(duì)將花費(fèi)60多個(gè)小時(shí)將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)一片被稱為加長(zhǎng)格羅斯地帶的天空，這也是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡近紅外星系外深層遺產(chǎn)調(diào)查(CANDELS)的一部分。

有了韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，能對(duì)更靠近大爆炸的星系進(jìn)行第一次觀測(cè)，因?yàn)橛萌魏纹渌h(yuǎn)鏡都絕對(duì)不可能進(jìn)行這項(xiàng)研究，而韋伯太空望遠(yuǎn)鏡能夠在過去難以在地面或太空中觀測(cè)到的波長(zhǎng)上，將做一些了不起的事情。亞利桑那州國(guó)家科學(xué)基金會(huì)國(guó)家光學(xué)-紅外天文學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室的馬克·迪金森曾表示：同時(shí)也期待著未來韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)。像哈勃深場(chǎng)這樣的研究已經(jīng)使天文學(xué)家，能夠繪制出宇宙恒星在星系中形成的歷史。

超越哈勃望遠(yuǎn)鏡

哈勃深場(chǎng)從宇宙大爆炸開始的5億年內(nèi)一直到現(xiàn)在，都是令人驚訝的細(xì)節(jié)，有了CEERS，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將看得更遠(yuǎn)，為這些研究增加新的數(shù)據(jù)。早期的宇宙是什么樣子？當(dāng)然有很多數(shù)據(jù)點(diǎn)，但還不足以對(duì)其狀況進(jìn)行詳盡的普查。此外，天文學(xué)家的知識(shí)和假設(shè)經(jīng)常更新，幾乎經(jīng)常在發(fā)現(xiàn)新東西來完善或填補(bǔ)或推翻之前的理論。紐約羅切斯特理工學(xué)院的CEERS研究聯(lián)合研究員Jeyhan Kartaltepe說：

每次我們看得更遠(yuǎn)，發(fā)現(xiàn)星系的時(shí)間都比想象的要早。早期宇宙中的條件必須適合星系的形成，它們形成并迅速變大，質(zhì)量變得非常快。當(dāng)時(shí)的宇宙更加“緊湊”，這意味著恒星和星系的形成效率可能更高。一些模型預(yù)測(cè)將在比哈勃望遠(yuǎn)鏡看到更遠(yuǎn)更早的時(shí)代發(fā)現(xiàn)50個(gè)星系，但另一些模型預(yù)測(cè)我們只會(huì)發(fā)現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)。在這兩種情況下，數(shù)據(jù)都將幫助我們限制早期宇宙中星系的形成。研究人員希望識(shí)別大量遙遠(yuǎn)的天體，包括宇宙中最遙遠(yuǎn)的星系。

早期的星系合并和相互作用，第一個(gè)大質(zhì)量或超大質(zhì)量的黑洞，甚至比之前發(fā)現(xiàn)的更早類星體。這些潛在的“第一”僅僅是這項(xiàng)研究?jī)r(jià)值的開始：這個(gè)由來自世界各地100多名研究人員組成的團(tuán)隊(duì)，將繼續(xù)對(duì)該領(lǐng)域的許多物體進(jìn)行分類，這些數(shù)據(jù)將有助于證明宇宙在不同時(shí)期的結(jié)構(gòu)是什么樣的。也許這項(xiàng)研究最令人興奮的部分是：研究小組將如何利用這些數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)關(guān)于宇宙歷史上一個(gè)重要時(shí)期的新發(fā)現(xiàn)，這段時(shí)期被稱為“再電離時(shí)代”。

深入研究宇宙早期時(shí)代

宇宙大爆炸引發(fā)了一系列事件，導(dǎo)致了宇宙微波背景、黑暗時(shí)代、第一批恒星和星系，然后是再電離時(shí)代。在此期間，宇宙中的氣體從大多數(shù)中性轉(zhuǎn)變?yōu)樽贤夤猓@意味著它是不透明的，并成為完全電離的，這使得它是透明的。電離意味著原子的電子被剝奪了，最終導(dǎo)致了今天在宇宙大部分區(qū)域檢測(cè)到的“清晰”條件。關(guān)于宇宙中這一獨(dú)特的時(shí)刻，仍有許多問題存在。

例如，是什么使氣體從中性轉(zhuǎn)變?yōu)殡婋x？又花了多長(zhǎng)時(shí)間，宇宙才變得明顯不透明，變得更加透明呢？研究認(rèn)為這是在年輕紫外線逃逸形成星系時(shí)發(fā)生，可能還有其他因素。例如，早期吸積的黑洞可能也發(fā)出了紫外光，最終幫助改變了氣體。星系出現(xiàn)在天空中的位置提供了另一條線索，科學(xué)家將研究再電離時(shí)代的星系，看看它們是聚集在同一區(qū)域，還是更加孤立。

雖然對(duì)星系演化成長(zhǎng)和變得更大的原因有很多想法，但需要更全面的關(guān)于這些星系的信息，才能充分了解它們最初是如何成長(zhǎng)和演化的。星系合并或相互作用的存在（或缺乏），也將有助于該團(tuán)隊(duì)追蹤再電離時(shí)代的環(huán)境條件。CEERS的研究將給我們提供關(guān)于這段時(shí)間是如何進(jìn)行的線索。該小組設(shè)計(jì)了CEERS研究，為這一視野中的許多目標(biāo)提供盡可能多的補(bǔ)充數(shù)據(jù)。

韋伯宇宙大普查

研究將使用韋伯的三臺(tái)儀器，在幾種模式下，除了光譜之外，還將獲得加長(zhǎng)的格羅斯地帶圖像。而且光譜是無價(jià)的數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼈儙椭芯咳藛T識(shí)別每個(gè)目標(biāo)的顏色、溫度、運(yùn)動(dòng)和質(zhì)量。并提供更深入的觀察遠(yuǎn)處物體的化學(xué)組成，這就是韋伯太空望遠(yuǎn)鏡近紅外光譜儀(NIRSpec)的不同之處，研究將打開光譜儀的微快門縫隙，單獨(dú)觀察數(shù)百個(gè)星系。在最初數(shù)據(jù)發(fā)布后的幾個(gè)月里，CEERS研究人員將創(chuàng)建并發(fā)布任何研究人員都可以用來分析數(shù)據(jù)的新工具和目錄：

包括星系質(zhì)量、星系形狀和光度紅移，用同樣的一套觀測(cè)，數(shù)百名研究人員可以進(jìn)行數(shù)百項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。還會(huì)發(fā)現(xiàn)一些我們甚至沒有想過要問的事情，這也是CEERS研究將如此有價(jià)值的另一個(gè)原因。宇宙演化早期科學(xué)研究（CEERS）將影響未來與韋伯太空望遠(yuǎn)鏡一起進(jìn)行的遙遠(yuǎn)星系研究，同時(shí)還將向社會(huì)證明，使用各種儀器和模式進(jìn)行觀測(cè)是提高韋伯太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)產(chǎn)量非常有效的方式。

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博科園｜研究/來自：美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心

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