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美国宇航局的韦伯和哈勃结合创造了最丰富多彩的宇宙视图

美国宇航局的韦伯和哈勃结合创造了最丰富多彩的宇宙视图

MACS0416 星系团的全色视图是通过将 NASA 詹姆斯·韦伯太空望远镜的红外观测数据与 NASA 哈勃太空望远镜的可见光数据相结合而创建的。 图片来源:NASA、ESA、CSA、STScI、Jose M. Diego (IFCA)、Jordan CJ D’Silva (UWA)、Anton M. Koekemoer (STScI)、Jake Summers (ASU)、Rogier Windhorst (ASU)、Haojing Yan (密苏里大学)

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结果是:一个活生生的星系景观,加上十几个新发现的随时间变化的物体。

当两个主要天文台合并时,它们会揭示大量新细节,而这些细节只有通过它们的联合力量才能实现。 韦伯和哈勃联手研究了距离地球约 43 亿光年的星系团 MACS0416。 他们的综合数据产生了蓝色和红色的棱镜全景图,这些颜色为星系的距离提供了线索。 虽然图像本身令人惊叹,但研究人员已经在利用这些观测结果来支持新的科学发现,包括识别重力膨胀的超新星和看不见的普通恒星。

MACS 0416(哈勃与韦伯比较)

哈勃太空望远镜在可见光下(左)和詹姆斯·韦伯太空望远镜在红外光下(右)所看到的 MACS0416 星系团的并排比较揭示了不同的细节。 这两幅图像都包含数百个星系,然而,网络图像显示了哈勃图像中不可见或几乎不可见的星系。 这是因为韦伯的红外视觉可以探测到哈勃望远镜无法看到的距离太远或布满灰尘的星系。 (由于宇宙膨胀,来自遥远星系的光会发生红移。)韦伯的总曝光时间约为 22 小时,而哈勃图像的曝光时间为 122 小时。 图片来源:NASA、ESA、加拿大航天局、STScI

美国宇航局的韦伯太空望远镜和哈勃太空望远镜相结合,创造出丰富多彩的宇宙景观

美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜哈勃太空望远镜 他们联手研究一个名为 MACS0416 的膨胀星系团。 由此产生的全色图像结合了可见光和红外光,拼凑出有史以来最全面的宇宙视图之一。 MACS0416 距离地球约 43 亿光年,是一对碰撞的星系团,最终将合并形成一个更大的星系团。

通过内置伸缩动力揭示细节

该图像揭示了丰富的细节,只有结合两个太空望远镜的力量才能实现。 它们包括星团外的一大群星系和一组随时间变化的光源,很可能是由于引力透镜效应——来自遥远背景光源的光的扭曲和放大。

这是哈勃雄心勃勃的合作项目“前沿领域”(Frontier Fields) 于 2014 年启动的一系列前所未有的超深宇宙视图中的第一个。哈勃率先寻找一些迄今为止发现的最微弱、最年轻的星系。 韦伯的红外视觉通过红外视觉进一步深入早期宇宙,极大地增强了这种深度视图。

MACS 0416 Mothra Pullout(哈勃 ACS 和 WFC3 + 韦伯 NIRCam 图像)

这张星系团 MACS0416 的图像突出显示了一个特殊的引力透镜背景星系,该星系存在于大爆炸后约 30 亿年。 这个星系包含一个凌日天体,或者一个其观测到的亮度随时间变化的天体,科学团队将其称为“魔斯拉”。 魔斯拉是一颗放大至少 4,000 倍的恒星。 研究小组认为,魔斯拉不仅被星系团 MACS0416 的引力放大,而且还被一个被称为“毫透镜”的物体放大,该物体的重量可能与球状星团一样重。 图片来源:NASA、ESA、CSA、STScI、Jose M. Diego (IFCA)、Jordan CJ D’Silva (UWA)、Anton M. Koekemoer (STScI)、Jake Summers (ASU)、Rogier Windhorst (ASU)、Haojing Yan (密苏里大学)

亚利桑那州立大学的罗吉尔·温德霍斯特 (Rogier Windhorst) 说:“我们正在哈勃的遗产基础上推进,将物体推向更远的距离和更暗的物体。”该项目采用了韦伯的观测结果,他是 PEARLS(河外再电离和透镜科学原理)项目的首席研究员。

了解图像颜色和科学目标

为了制作图片,一般来说,较短波长的光为蓝色,较长波长为红色,中间波长为绿色。 0.4 至 5 微米的广泛波长范围可产生特别生动的星系视图。

这些颜色为星系的距离提供了线索:正如韦伯发现的那样,较蓝的星系相对较近,并且通常显示出强烈的恒星形成,这是哈勃望远镜最好的探测到的,而较红的星系往往更远。 有些星系也显得非常红色,因为它们含有大量的宇宙尘埃,这些尘埃往往会吸收星光中的蓝色。

“只有将韦伯数据与哈勃数据结合起来,整个情况才会变得清晰,”温德霍斯特说。

科学发现和“圣诞树星系团”

虽然韦伯的新观察有助于这种美学观,但它们是出于特定的科学目的。 研究小组将三个观察期(每个观察期相隔数周)与 CANUCS(加拿大无偏见聚类调查 (NIRISS) 调查)的第四个观察期结合起来。 目标是寻找观察到的亮度随时间变化的物体,即瞬态。

他们在视野范围内发现了 14 个瞬变现象。 其中 12 个瞬变位于被引力透镜高度放大的三个星系中,并且可能是短暂高度放大的单星或多星系统。 剩下的两个瞬变位于更大的背景星系内,很可能是超新星。

MACS 0416(哈勃+韦伯罗盘图像)

哈勃的 ACS 和 WFC3 在可见光下以及韦伯的 NIRCam 在红外光下拍摄的星系团 MACS0416 的图像,带有罗盘箭头、比例尺和色键供参考。
北向和东向罗盘箭头显示图像在天空中的方向。 请注意,天空中北和东之间的关系(从下面看)相对于地球地图上的方向箭头(从上面看)是相反的。
比例尺以弧分表示,天空中的角度等于六十分之一度。 (比例尺长半弧分。)完整图像大约宽 2.2 分钟。
该图像显示了转换为颜色的可见光和近红外波长的光。 颜色键显示收集光线时使用的 Hubble ACS、WFC3 和 Webb NIRCam 滤光片。 每个滤镜名称的颜色是用于表示通过该滤镜的光的可见光的颜色。
图片来源:NASA、ESA、CSA、STScI、Jose M. Diego (IFCA)、Jordan CJ D’Silva (UWA)、Anton M. Koekemoer (STScI)、Jake Summers (ASU)、Rogier Windhorst (ASU)、Haojing Yan (密苏里大学)

“我们将 MACS0416 称为银河系圣诞树星团,因为它是如此丰富多彩,而且因为我们在其中发现了这些闪烁的灯光。我们到处都可以看到瞬变,”密苏里哥伦比亚大学的主要作者、描述科学发现的论文。

在相对较短的时间范围内进行观测发现如此多的瞬变现象表明,天文学家可以通过韦伯望远镜的定期观测,在这一组和其他类似的瞬变现象中发现许多其他瞬变现象。

独特的短暂发现:“摩斯拉”

在该团队发现的瞬变现象中,有一个特别引人注目。 它位于大爆炸后约 30 亿年存在的星系中,并被放大了至少 4000 倍。研究小组将这个恒星系统命名为“摩斯拉”,参考其“怪物性质”,极其明亮并且极其放大。 它与研究人员之前识别并称为“哥斯拉”的另一颗恒星一起。 (哥斯拉和魔斯拉都是日本电影中被称为怪兽的巨型怪物。)

有趣的是,在九年前的哈勃观测中也可以看到摩斯拉。 这是不寻常的,因为前景星系团和背景恒星之间需要非常特殊的排列才能大大放大恒星。 恒星和星团的相互运动应该最终消除这种排列。

最可能的解释是前组件内有一个额外的主体,可以增加更多的放大倍数。 该团队能够将其质量限制在太阳质量的 10,000 到 100 万倍之间。 然而,所谓的“毫镜头”的确切性质仍然未知。

“最可能的解释是存在一个球状星团,该星团太微弱,韦伯无法直接看到,”西班牙坎塔布里亚物理研究所的何塞·迭戈(José Diego)说,他是详细介绍这一发现的论文的主要作者。 “但我们还不知道这个额外镜头的真实性质。”

严等人。 该论文被接受发表于 天体物理学杂志。 迭戈等人。 该论文发表于 天文学和天体物理学

此处显示的韦伯数据是作为 PEARLS GTO 1176 计划的一部分获得的。

参考:

“JWST 珍珠:MACS J0416.1-2403 场中的瞬变” 作者:Haojing Yan、Ziyuan Ma、Pang Cheng Sun、Lifan Wang、Patrick Kelly、Jose M. Diego、Seth H. Cohen、Rogier A. Windhorst、Rolf A.詹森,诺曼 A. 格罗金,约翰·F. 贝克姆,克里斯托弗·J. 康塞留斯,西蒙 B. 司机、布伦达·弗莱、丹·科、玛德琳·A. 马歇尔、安东·奎克莫尔、克里斯托弗·N·A·威尔默、亚伦·罗伯汉姆、乔丹·C·J·德·席尔瓦、杰克·萨默斯、马里奥·诺尼诺、诺·皮尔兹卡尔、拉塞尔·E· Ryan Jr.、拉斐尔·奥尔蒂斯三世、斯科特·汤普金斯、Rachana A. Bhatawdekar、Cheng Cheng、Adi Zitrin、S.P. Wilner 接受, 天体物理学杂志
arXiv:2307.07579

参考文献:《JWST 之珠:Mothra,一颗位于 z = 2.091 的新怪兽星,被 MACS0416 强烈放大,及其对暗物质模型的影响》作者:Jose M. 迭戈,孙邦正,严浩清,Lucas J. 富塔克、埃里克·扎克里森、戴亮、帕特里克·凯利、马里奥·诺尼诺、内森·亚当斯、阿什什·K. 米娜,斯蒂芬 B. 威尔纳、阿迪·齐特兰、塞斯·H·科恩、乔丹·C·J·德·席尔瓦、罗尔夫·A. 詹森、杰克·萨默斯、罗杰·A. 温德霍斯特、丹·科、克里斯托弗·J. 康塞利奇,西蒙 B. 司机:布伦达·弗莱 (Brenda Fry)、诺曼·A. 格罗根,安东 M. 奎克莫尔,马德琳 A. Marshall、Noor Pierzkal、Aaron Robotham、Michael J. Rutkowski、Russell E. Ryan、Scott Tompkins、Christopher N. A. Wilmer 和 Rachana Bhatawdekar,2023 年 10 月 32 日, 天文学和天体物理学
号码:10.1051/0004-6361/202347556

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界领先的太空科学天文台。 韦伯解开了太阳系的奥秘,超越了其他恒星周围的遥远世界,探索了宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。 WEB 是由 NASA 与其合作伙伴欧洲航天局 (ESA) 共同领导的一项国际计划。欧洲航天局)和加拿大航天局。

哈勃太空望远镜是美国宇航局和欧洲航天局之间的国际合作项目。 美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责运营这架望远镜。 位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所 (STScI) 对哈勃和韦伯进行科学操作。 STScI 由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为 NASA 运营

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