利用詹姆斯·韋伯近紅外相機(NIRCam)的勘測數據，研究小組獲得了部分遙遠星系的質量評估，比之前測量精度高許多倍。

新浪科技訊 北京時間8月17日上午消息，據報道，經過多年的期待，2021年12月25日，美國宇航局詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)終于發射升空！在接下來的6個月里，這個全球最先進的新一代太空望遠鏡展開了遮陽罩，部署了主鏡和副鏡，并調整了鏡面，飛抵當前的太空位置——地球-太陽拉格朗日2點(L2)。2022年7月12日，該望遠鏡首批拍攝圖像公布，展示出迄今宇宙最詳細的圖像，不久，美國宇航局還發布了一張至今觀測到最遙遠星系圖像，其歷史非常久遠，形成于大爆炸之后3億年。

(資料圖片)

依據一支國際科學家團隊的最新研究，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡可使天文學家獲得早期星系精確質量測量，利用詹姆斯·韋伯近紅外相機(NIRCam)的勘測數據，研究小組獲得了部分遙遠星系的質量評估，比之前測量精度高許多倍。該發現意味著詹姆斯·韋伯太空望遠鏡能夠徹底改變宇宙最早期星系成長進化的傳統認知。

據悉，該國際研究團隊(負責人是意大利羅馬天文觀測臺帕奧拉·桑蒂尼(Paola Santini))擁有來自全球各地的資深專家，成員來自于：意大利國家天體物理研究所(INAF)、澳大利亞ASTRO 3D合作組織、泰國國家天文研究所(ARIT)、卡夫利粒子天體物理和宇宙研究所(KIPAC)、宇宙黎明中心(DAWN)、尼爾斯·玻爾研究所、卡內基科學研究所、美國加州理工學院紅外處理和分析中心、以及美國、歐洲、澳大利亞和亞洲的大學機構和研究所。

正如科學家在研究中所提出的那樣，恒星質量是理解星系形成和演變最重要的物理屬性之一，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡能測量星系中恒星總質量，恒星總質量通過氣體和塵埃轉化為新恒星而不斷增加，因此，這是追蹤分析星系成長的最直接手段。通過比較對宇宙最古老星系的觀測結果，天文學家可以研究分析星系是如何演變進化的。

該圖是比較天體釋放光線和觀測到紅移光線的光譜圖。在宇宙膨脹時期，光線會延伸至較低頻率或者光譜紅色部分。

不幸的是，獲得早期星系精確測量數據一直是天體物理學家面臨的棘手問題，通常情況下，天文學家進行質量-光比測量(M/L)，使用星系產生的光來評估星系內恒星總質量，而不是在源到源的基礎上計算恒星質量。到目前為止，哈勃太空望遠鏡對宇宙最遙遠星系進行的勘測研究僅限于紫外光譜，例如：GN-z11星系，它形成于135億年前，是大熊座發現的一個高紅移星系，也是可觀測宇宙中最古老、最遙遠的已知星系。

由于來自這些古老星系的光線到達地球時會發生顯著紅移，則意味著當光線穿過時空時，受宇宙膨脹因素影響，光線波長變長，有效地使它向光譜的紅端移動。對于紅移值(z)為7或者更高的星系(距離為13.46光年或者更遠)，大部分光將被移到紅外光譜可見部分。正如桑蒂尼通過電子郵件向《今日宇宙》網站解釋的那樣：

“星系中大部分恒星，尤其是那些較大質量的恒星，它們釋放近紅外波長(NIR)……從遙遠星系傳播到我們的望遠鏡所需時間，其恒星釋放的光線不僅是光學領域范疇的事情，例如：對于紅移值z=7的星系，最初釋放0.6微米波長的光到達我們的望遠鏡時，波長將達到4.8微米，紅移值越高(即星系距離越遙遠)，這種效應就越明顯。”

這意味著我們需要紅外探測器來測量星系恒星的質量(大部分恒星釋放的光線是哈勃太空望遠鏡無法觀測到的)，在詹姆斯·韋伯太空望遠鏡出現之前，我們唯一使用的紅外望遠鏡是斯皮策太空望遠鏡，但它在幾年前就被廢棄了。然而，斯皮策太空望遠鏡直徑85厘米鏡面無法與詹姆斯·韋伯太空望遠鏡直徑6.5米鏡面相比，大多數遙遠星系也不在斯皮策望遠鏡的勘測范圍內，由于其有限的靈敏度和角度分辨率，無法探測到遙遠星系，并且易受高水平宇宙背景噪音的影響。

此外，之前的宇宙勘測調查很可能漏掉了紅色星系中的很大一部分，這些星系富含塵埃(可使光線模糊)，它們在紫外光譜中很微弱，因此，之前對宇宙早期恒星質量密度的估計會有6倍誤差。但基于先進的紅外勘測設備和無與倫比的靈敏度，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將開啟“一個新窗口”，用于研究宇宙中最古老和最微弱的星系。桑蒂尼指出，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將首次實現對最遙遠星系質量的精準測量。

由于測量恒星質量受到一定限制，在詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發射之前，天文學家最常用的一種方法是通過假設平均質量與紫外線光的比率，將哈勃太空望遠鏡能夠測量到的紫外線數據轉移到恒星質量評估數值。這種質量-光比關系是我們基于少量且不確定的測量來校準的，它僅代表那些更易于觀測到的星系群(年輕、無塵埃的星系)。因此，恒星質量測量存在很大不確定性，無論是直接測量，還是通過紫外線推測恒星質量。

在他們的研究中，桑蒂尼和她帶領的國際研究團隊依賴于詹姆斯·韋伯太空望遠鏡近紅外相機(NIRCam)的勘測數據，在2022年6月28-29日獲得了太空勘測圖像，這是第一組觀測數據，之后他們通過探測21個遙遠星系的紫外線輻射和紅移值數據(紅移值從6.7到12.3)，桑蒂尼強調稱，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡顯著提高了觀測效果，避免了之前觀測中的推斷和不確定性，可使測量準確性提高5-10倍。

她說：“通過比較恒量質量和紫外線(使用最藍的NIRCam波段測量)，我們發現質量-光比測量(M/L)遠不及單個平均值，相反，對于給定的光度，它跨越了大約兩個數量級，從物理學角度來看，該發現表明，早期星系種群在很大程度上是異質的，星系表現出各種各樣的實際狀況。”

桑蒂尼說：“這僅是近年來越來越多天文研究的一部分，但這些研究表明，詹姆斯·韋伯任務非常關鍵，它能提供星系中恒星質量更嚴格的評估數據，將極大地幫助天文學家在最大、最長尺度上研究宇宙。我們發現從假設的質量-光線推斷模式產生的系統不確定性可能高達幾倍，與我們希望達到的宇宙精度水平相差甚遠，然而基于詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，我們將獲得更精準的恒星質量數據。”

圖中是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡拍攝的第一張照片。這是迄今為止拍攝到宇宙最遙遠、最清晰的紅外圖像，該圖像被命名為“韋伯的第一張深空照片”，拍攝到星系團SMACS 0723的詳細狀況。

目前，該望遠鏡已通過捕捉最清晰、最詳細的宇宙圖像，證明了它的光學勘測能力，并獲得令人震驚的最新天文發現，它的光譜儀能勘測遙遠系外行星的光譜，表明它將有助于科學家描繪系外行星的大氣層狀況，并確定它們是否真正具備“宜居條件”。這項最新研究表明，它還將在確定宇宙最早星系特征、星系如何演變進化，以及暗物質和暗能量對于宇宙發展是否發揮關鍵作用。