光阴逆旅 “韦布”拍下宇宙幼时的模样

       这是美国航天局7月12日公布的詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄的宇宙图像。美国航天局12日公布了多幅由詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄的高清宇宙深空图像。韦布空间望远镜由美国航天局与欧洲航天局、加拿大航天局联合研究开发，被认为是哈勃空间望远镜的“继任者”。韦布空间望远镜于2021年12月25日从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空，今年1月24日顺利进入围绕日地系统第二拉格朗日点的运行轨道。新华社发（美国航天局供图）

 科普时报记者    史  诗

为了寻觅宇宙的诞生，看见第一群恒星的光，人类建造出一面20多平方米房子大小一般的镜子——詹姆斯·韦布空间望远镜。半年多来，它静静漂浮在黑暗寒冷的太空中，于7月12日带回第一批深空天体的彩色照片。

在过去的10年时间里，哈勃望远镜已经持续不断地观测了约30个星系团，这些被包裹在巨大暗物质晕中的“星系都市”正释放“宇宙放大镜”的潜力。一粟太仓中借由韦布空间望远镜，我们得以了解“星系都市”的生与亡。

SMACS 0723：帮我们看到“第一代星系”

一张展现了130多亿年前宇宙大爆炸不久之后形成的星系影像最先曝光。照片的拍摄目标为南半球飞鱼座中一个包含了数千个星系的星系团——“SMACS 0723”。韦布空间望远镜凭借其6.5米宽的镀金镜面和灵敏的红外仪器，在这次成像中成功探测到了宇宙大爆炸后仅6亿年时星系的扭曲形状。它所捕捉的来自星系的光，用了数十亿年才抵达地球附近。

“像‘SMACS 0723’这样的星系团，可轻松容纳上千个星系，而其居住的暗物质晕质量更是可以达到千万亿太阳质量量级。” 清华大学天文系助理教授黄崧告诉科普时报记者，这个几乎很难想象的庞大质量意味着它属于宇宙有史以来诞生的质量最大的引力束缚结构之一。

美国航天局（NASA）此前表示，“SMACS 0723”可以作为一个引力透镜看到更远以及更暗的星系。它是否可以胜任？黄崧认为，在广义相对论下，如此庞然大物引起的时空弯曲可以像巨大的透镜一样放大其背后遥远又黯淡的早期宇宙。对于天文学家来说，这些星系团构成的“宇宙放大镜”系统也是我们看到“第一代星系”的最好机会。

  WASP-96b：发现水的明确特征

 WASP-96b是太阳系外由气体组成的一颗巨大行星，距离地球近1150光年。此前，我们对它的了解是其显示出非常明显的钠元素特征。

“WASP-96b是一颗系外气态热木星，公转周期为3.4天，自转周期可能和公转周期一致，就是我们所说的天体的潮汐锁定现象，致使行星形成一面温度极高，一面温度极低的情况。之前哈勃望远镜发现该行星大气中完全没有云，此次韦布空间望远镜得到不同的结果，发现该行星存在云和雾霾，证实了行星大气中水的存在。” 中科院紫金山天文台研究员季江徽告诉科普时报记者，NASA选取这颗行星的目的应该是为将来研究红矮星周围宜居行星的一个测试。季江徽说，韦布空间望远镜任务目标除了研究星系演化的各阶段，观察恒星及行星系统的形成，测定包括太阳系行星系统在内的行星系统的物理、化学性质外，就是研究其他行星系统存在生命的可能性。

斯蒂芬五重星系：体现“弱肉强食”的星系诞生过程

第三张拍摄的斯蒂芬五重星系位于飞马座，距地球约2.9亿光年。值得注意的是，它的5个星系中有4个被锁定在反复近距离相遇的“宇宙大战”中。

 黄崧认为，斯蒂芬五重星系中的四重并合星系极好地展现了宇宙中星系诞生过程中“弱肉强食”、不断并合重组中成长的残酷真相。

“在复杂的并合中，星系中原有的恒星结构被完全打散，重新排布；而原有的气体和尘埃有些会被甩到距离原地很远的位置，有些则会在并合过程产生的气体压缩中爆发出新的恒星形成过程。”黄崧坦言，这样的过程如今已很罕见，但在星系形成活动更剧烈的宇宙早期，类似合并过程可能非常普遍。

“个人认为，挑选斯蒂芬五重星系作为首批目标的一个重要原因是这组星系太美了。”黄崧如此感叹。

南环星云：小质量恒星华丽的“葬礼”

第四张展示的南环星云是个距离地球约2000光年，正在膨胀的气体星云，环绕着一颗垂死的恒星存在。

如何理解南环星云这个特殊“癖好”？

黄崧解释称，像太阳这样的小质量恒星在核心区域核聚变燃料耗尽后会开始走向“星生”终点。其中最重要的特点是不断膨胀和扩散的外层恒星大气。在演化的最后时刻，伴随整体结构的脉动，恒星会完全失去伴随其一生的大气。这些气体在来自中心高温核心的辐射驱动下逐渐扩散，并被激发出非常有特点的辐射。

也就是说，每个像南环星云一样的气体云都是一颗小质量恒星华丽的“葬礼”，也是“这里曾有过一颗闪亮恒星最后的证明”。正是借由这些星云，天文学家可以进一步研究恒星死亡的复杂过程。

船底座星云：统计恒星“新生人口”

压轴登场的船底座星云，是恒星诞生的地方。船底座星云是天空中最大、最明亮的星云之一，位于船底座南部，距离地球约7600光年。该星云是恒星形成的“托儿所”，那里有许多比太阳更大、更重的恒星。值得一提的是，船底座星云是著名的“毁灭之柱”所在地。

黄崧告诉记者，“毁灭之柱”是个很有意思的说法，因为这些由致密气体和尘埃组成的像“大象鼻子”一样的结构。“柱子”的顶端是孕育大质量恒星的温床。大质量恒星诞生后的第一件事就是用耀眼的高温辐射摧毁周围的气体和尘埃结构，把其诞生地雕刻得如同风蚀地貌一般。

“这里‘毁灭’的是气体云团，‘诞生’的是大质量恒星。在如船底座星云这样的复杂恒星形成区里，它们共同构成了生态系统中和谐统一的循环。”黄崧解释称。

我们为什么要研究船底座星云？

“作为距离我们最近的大规模恒星诞生地之一，船底座星云对于研究恒星如何从气体云团中诞生这个重要问题有巨大意义。然而这些恒星温床也常被尘埃和气体笼罩，在光学波段很难看得清楚。韦布空间望远镜的红外空间高分辨观测可以帮助天文学家更好地在船底座恒星形成区内进行‘新生人口’统计。”黄崧说。

如果说哈勃望远镜观测的是成年的星系，韦布空间望远镜让我们看到的是更遥远的幼儿、婴儿时期的星系。那些最微弱的光点，照亮有着138亿年历史的宇宙幼时的模样。