NASA韦布空间望远镜揭示了邻近星系中复杂的气体和尘埃网络

原创 Jaynar NASA爱好者 2023-02-17 23:15 发表于陕西

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来自美国国家航空航天局（NASA）詹姆斯·韦布空间望远镜的新图像使科学家们首次高分辨率地观测到附近星系的精细结构，以及年轻恒星的形成对其造成的影响。NGC 1433是一个棒旋星系，其核心十分明亮，周围环绕着双星形成环。在韦布空间望远镜的红外图像中，科学家们首次看到了正在形成的恒星向周围环境释放能量的洞穴状气泡。在NGC 1433的图像中，蓝色、绿色和红色分别表示韦布空间望远镜在波长为7.7、10和11.3和21微米处的MIRI数据(分别为F770W、F1000W和F1130W和F2100W)。 图像来源：NASA、欧洲航天局（ESA）、加拿大航空局（CSA）和J. Lee (NOIRLab)。

图像处理：A. Pagan (空间望远镜科学研究所，STScI)

研究人员通过NASA的詹姆斯·韦布空间望远镜首次在红外波长上以前所未有的高分辨率观测邻近星系的恒星形成、气体和尘埃。使用这些数据，已初步收集了21篇研究论文，这些论文为我们研究宇宙中一些最小尺度的过程（恒星形成的开始）如何影响我们宇宙中最大天体（星系）的演化提供了新的见解。

在韦布空间望远镜第一年的科学操作中，对邻近星系的最大规模调查正在由邻近星系高角分辨率物理学（Physics at High Angular resolution in Nearby Galaxies，简称PHANGS）合作项目进行，涉及来自全球的100余名研究人员。Janice Lee是美国国家科学基金会（National Science Foundation）NOIRLab计划的双子座天文台（ Gemini Observatory ）的首席科学家，也是隶属于亚利桑那大学（University of Arizona）的天文学家，她领导了韦布空间望远镜的观测工作。

该团队正在研究19个螺旋星系的不同样本，在韦布空间望远镜启动科学操作的最初几个月里，对其中5个目标：M74、NGC 7496、IC 5332、NGC 1365和NGC 1433进行了观测。相关观测结果已经让天文学家大感震惊。

美国约翰·霍普金斯大学（Johns Hopkins University）的研究小组成员David Thilker表示：“我们所观测到的精细结构的高清晰度着实让我们大吃一惊。” 加拿大阿尔伯塔大学（University of Alberta）的团队成员Erik Rosolowsky表示：“我们直接观测到了年轻恒星形成的能量是如何影响它们周围的气体的，这实在是很了不起。”

在这张来自MIRI的图像中，NGC 7496的螺旋臂充满了相互重叠的洞穴状气泡和外壳。这些细丝和空心腔是年轻恒星正在释放能量的证据，在某些情况下，还会吹走它们周围星际介质的气体和尘埃。在这张NGC 7496的图像中，蓝色、绿色和红色分别表示韦布空间望远镜在波长7.7、10和11.3和21微米的MIRI数据（分别为F770W、F1000W和F1130W和F2100W）。 图像来源：NASA、ESA、CSA和J. Lee (NOIRLab)。图像处理：A. Pagan (STScI) 来自韦布空间望远镜的中红外仪器（Mid-Infrared Instrument，简称MIRI）的图像揭示了这些星系中高度结构化特征的网络的存在：发光的尘埃腔和排列在螺旋臂上的巨大的洞穴状气泡。在观测到的邻近星系的一些区域，这张特征网似乎是由年轻恒星释放能量的单独和重叠的壳层和气泡组成的。来自加州大学圣地亚哥分校（University of California, San Diego）的团队成员Karin Sandstrom表示：“在哈勃空间望远镜成像中一片漆黑的区域在这些新的红外图像中呈现出精致的细节，使我们能够研究星际介质中的尘埃如何吸收形成恒星的光，并将其以红外形式发射出去，照亮了复杂的气体和尘埃网络。” 研究这些结构所需的高分辨率成像技术长期以来一直困扰着天文学家，直到韦布空间望远镜的出现。 来自俄亥俄州立大学（Ohio State University）的团队成员Adam Leroy补充道：“PHANGS团队花了数年时间，使用NASA的哈勃空间望远镜、阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, 简称ALMA）和甚大望远镜（Very Large Telescope，简称VLT）的多单元光谱探测器（Multi Unit Spectroscopic Explorer，简称MUSE），在光学、射电和紫外线波长上观测这些星系。然而，一颗恒星生命周期的最初阶段一直处于我们的视野之外，因为该过程被包裹在气体和尘埃云中。” 韦布空间望远镜强大的红外探测能力能够穿透尘埃将缺失的碎片连接起来。 例如，MIRI（波长为7.7微米和11.3微米）和韦布空间望远镜的近红外相机（Webb’s Near-Infrared Camera）（波长为3.3微米）可观测到的特定波长对多环芳烃的排放非常敏感，多环芳烃在恒星和行星的形成中起着关键作用。韦布空间望远镜在PHANGS项目的首次观测中发现了这些分子。在最精细的尺度上研究这些相互作用，有助于我们深入了解星系如何随着时间的推移而演化的更大图景。在MIRI对NGC 1365的观测中，星际介质中的尘埃和气体团块吸收了形成恒星的光，并以红外线将其发射出去，照亮了一个由洞穴状气泡和丝状壳组成的复杂网络，这些气泡和丝状壳受到年轻恒星向星系的旋臂释放能量的影响。在这张NGC 1356的图像中，蓝色、绿色和红色被分别表示韦布空间望远镜在波长为7.7、10、11.3和21微米处的MIRI数据（分别为F770W、F1000W和F1130W和F2100W）。 图像来源：NASA、ESA、CSA和J. Lee (NOIRLab)。图像处理：A. Pagan (STScI)来自马克斯·普朗克天文研究所（Max Planck Institute for Astronomy）的Eva Schinnerer是PHANGS合作项目的负责人，她表示：“这些观测数据被认作是财政项目的一部分，因此当它们在地球上被观测和接收到时，我们就可以向公众开放提供这些数据。” PHANGS团队将致力于创建和发布数据集，将韦布空间望远镜的数据与之前从其他天文望远镜获得的每个补充数据集相匹配，以帮助加速更广泛的天文学界的发现。 Lee表示：“多亏了韦布空间望远镜的高分辨率，我们能够首次对恒星的形成进行全面的普查，并对本星系群以外邻近星系的星际介质气泡结构进行盘点。这项普查工作将有助于我们了解恒星的形成及其反馈如何在星际介质上留下印记，然后产生下一代恒星，或者它实际上如何阻碍下一代恒星的形成。” PHANGS团队的这项研究是普通观测项目2107（ General Observer program 2107）的一部分。该团队最初的发现，包括21项单独的研究，已于近期发表在《天体物理学杂志快报》（ The Astrophysical Journal Letters）的特刊上。 詹姆斯·韦布空间望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文望远镜。韦布空间望远镜将解决太阳系中的谜团，观测其他恒星周围的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源，以及我们在宇宙中的位置。韦布空间望远镜是由NASA及其合作伙伴ESA和CSA领导的一个国际项目。