為了尋覓宇宙的誕生，看見(jiàn)第一群恒星的光，人類(lèi)建造出一面和房子大小一般的鏡子——詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡。半年多來(lái)，它靜靜漂浮在黑暗寒冷的太空中，于7月12日帶回第一批深空天體的彩色照片。

在過(guò)去的10年時(shí)間里，哈勃望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)持續(xù)不斷地觀測(cè)了約30個(gè)星系團(tuán)，這些被包裹在巨大暗物質(zhì)暈中的“星系都市”正釋放“宇宙放大鏡”的潛力。一粟太倉(cāng)中，借由韋布空間望遠(yuǎn)鏡，我們得以了解“星系都市”的生與亡。

SMACS 0723：幫我們看到“第一代星系”

一張展現(xiàn)了130多億年前大爆炸不久之后形成的星系影像最先曝光。照片的拍攝目標(biāo)為南半球飛魚(yú)座中一個(gè)包含了數(shù)千個(gè)星系的星系團(tuán)，SMACS 0723。韋布空間望遠(yuǎn)鏡憑借其6.5米寬的鍍金鏡面和靈敏的紅外儀器，在這次成像中成功探測(cè)到了宇宙大爆炸后僅6億年時(shí)星系的扭曲形狀。它所捕捉的來(lái)自星系的光，用了數(shù)十億年才抵達(dá)地球附近。

“像SMACS0723這樣的星系團(tuán)，可輕松容納上千個(gè)星系，而其居住的暗物質(zhì)暈質(zhì)量更是可以達(dá)到千萬(wàn)億太陽(yáng)質(zhì)量量級(jí)。” 清華大學(xué)天文系助理教授黃崧告訴科技日?qǐng)?bào)記者，這個(gè)幾乎很難想象的龐大質(zhì)量意味著它屬于宇宙有史以來(lái)誕生的質(zhì)量最大的引力束縛結(jié)構(gòu)之一。

NASA此前表示，SMACS0723可以作為一個(gè)引力透鏡看到更遠(yuǎn)以及更暗的星系，它是否可以勝任?黃崧認(rèn)為，在廣義相對(duì)論下，如此龐然大物引起的時(shí)空彎曲可以像巨大的透鏡一樣放大其背后遙遠(yuǎn)又黯淡的早期宇宙。對(duì)于天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，這些星系團(tuán)構(gòu)成的“宇宙放大鏡”系統(tǒng)也是我們看到“第一代星系”的最好機(jī)會(huì)。

WASP-96b：發(fā)現(xiàn)水的明確特征

WASP-96b是太陽(yáng)系外由氣體組成的一顆巨大行星，距離地球近1150光年。此前，我們對(duì)它的了解是顯示出非常明顯的鈉元素特征。

“WASP-96b是一顆系外氣態(tài)熱木星，公轉(zhuǎn)周期為3.4天，自轉(zhuǎn)周期可能和公轉(zhuǎn)周期一致，就是我們所說(shuō)的天體的潮汐鎖定現(xiàn)象，致使行星形成一面溫度極高，一面溫度極低的情況。之前哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)該行星大氣中完全沒(méi)有云，此次韋布空間望遠(yuǎn)鏡得到不同的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該行星存在云和霧霾，證實(shí)了行星大氣中水的存在。” 中科院紫金山天文臺(tái)研究員季江徽告訴科技日?qǐng)?bào)記者， NASA選取這顆行星的目的應(yīng)該是為將來(lái)研究紅矮星周?chē)司有行堑囊粋€(gè)測(cè)試。

季江徽說(shuō)，韋布空間望遠(yuǎn)鏡任務(wù)目標(biāo)除了研究星系演化的各階段，觀察恒星及行星系統(tǒng)的形成，測(cè)定包括太陽(yáng)系行星系統(tǒng)在內(nèi)的行星系統(tǒng)的物理、化學(xué)性質(zhì)外，就是研究其他行星系統(tǒng)存在生命的可能性。

斯蒂芬五重星系：體現(xiàn)“弱肉強(qiáng)食”的星系誕生過(guò)程

第三張拍攝的斯蒂芬五重星系位于飛馬座，距地球約2.9億光年。值得注意的是，它的五個(gè)星系中有四個(gè)被鎖定在反復(fù)近距離相遇的“宇宙大戰(zhàn)”中。

黃崧認(rèn)為，斯蒂芬五重星系中的四重并合星系極好地展現(xiàn)了宇宙中星系誕生的過(guò)程中“弱肉強(qiáng)食”、不斷在并合重組中成長(zhǎng)的殘酷真相。

“在復(fù)雜的并合中，星系中原有的恒星結(jié)構(gòu)被完全打散，重新排布;而原有的氣體和塵埃有些會(huì)被甩到距離原地很遠(yuǎn)的位置，有些則會(huì)在并合過(guò)程產(chǎn)生的氣體壓縮中爆發(fā)出新的恒星形成過(guò)程。”黃崧坦言，這樣的過(guò)程如今已很罕見(jiàn)，但在星系形成活動(dòng)更劇烈的宇宙早期，類(lèi)似合并過(guò)程可能非常普遍。

“個(gè)人認(rèn)為，挑選斯蒂芬五重星系作為首批目標(biāo)的一個(gè)重要原因是這組星系太美了。”黃崧如此感嘆。

南環(huán)星云：小質(zhì)量恒星華麗的“葬禮”

第四張展示的是南環(huán)星云的照片。南環(huán)星云是個(gè)距離地球約2000光年，正在膨脹的氣體星云，環(huán)繞著一顆垂死的恒星存在。

如何理解南環(huán)星云這個(gè)特殊情況?

黃崧解釋稱(chēng)，像太陽(yáng)這樣的小質(zhì)量恒星在核心區(qū)域核聚變?nèi)剂虾谋M后會(huì)開(kāi)始走向“星生”終點(diǎn)。其中最重要的特點(diǎn)是不斷膨脹和擴(kuò)散的外層恒星大氣。在演化的最后時(shí)刻，伴隨著恒星整體結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)，恒星會(huì)完全失去伴隨其一生的大氣。這些氣體在來(lái)自中心高溫核心的輻射驅(qū)動(dòng)下逐漸擴(kuò)散，并被激發(fā)出非常有特點(diǎn)的輻射來(lái)。

也就是說(shuō)，每個(gè)像南環(huán)星云一樣的氣體云都是一顆小質(zhì)量恒星華麗的“葬禮”，也是“這里曾有過(guò)一顆閃亮恒星最后的證明”。正是借由這些星云，天文學(xué)家可以進(jìn)一步研究恒星死亡的復(fù)雜過(guò)程。

船底座星云:統(tǒng)計(jì)恒星“新生人口”

船底座星云的合成圖壓軸登場(chǎng)，堪稱(chēng)絕美!船底座星云是天空中最大、最明亮的星云之一，是恒星誕生的地方。它位于船底座南部，距離地球約7600光年。該星云是恒星形成的“托兒所”，那里有許多比太陽(yáng)更大、更重的恒星。值得一提的是，船底座星云是著名的“毀滅之柱”所在地。

黃崧告訴記者，“毀滅之柱”是個(gè)很有意思的說(shuō)法，因?yàn)檫@些由致密氣體和塵埃組成的像“大象鼻子”一樣的結(jié)構(gòu)。“柱子”的頂端是孕育大質(zhì)量恒星的溫床。大質(zhì)量恒星誕生后的第一件事就是用耀眼的高溫輻射摧毀周?chē)臍怏w和塵埃結(jié)構(gòu)，把其誕生地雕刻得如同風(fēng)蝕地貌一般。

“‘毀滅’的是氣體云團(tuán)，‘誕生’的是大質(zhì)量恒星。在如船底座星云這樣的復(fù)雜恒星形成區(qū)里，它們共同構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)中和諧統(tǒng)一的循環(huán)。”黃崧解釋稱(chēng)。

為什么要研究船底座星云?

“船底座星云作為距離我們最近的大規(guī)模恒星誕生地之一，對(duì)于研究恒星如何從氣體云團(tuán)中誕生這個(gè)重要問(wèn)題有巨大意義。然而這些恒星溫床也常被塵埃和氣體籠罩，在光學(xué)波段很難看得清楚。韋布空間望遠(yuǎn)鏡的紅外空間高分辨觀測(cè)可以幫助天文學(xué)家更好地在船底座恒星形成區(qū)內(nèi)進(jìn)行‘新生人口’統(tǒng)計(jì)。”黃崧說(shuō)。

如果說(shuō)哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的是成年的星系，韋布空間望遠(yuǎn)鏡讓我們看到的是更遙遠(yuǎn)的幼兒、嬰兒時(shí)期的星系。那些最微弱的光點(diǎn)，照亮有著138億年歷史的宇宙幼時(shí)的模樣。(史詩(shī))