全面运行的詹姆斯·韦布望远镜有望揭示宇宙最早的星系

新浪科技讯 北京时间7月19日上午消息，从遥远的陌生星系中，我们可以窥见宇宙的过去。美国国家航空航天局（NASA）新近发射的红外线空间望远镜，将成为我们探索宇宙深处的“导游”。

7月11日，美国总统拜登在白宫公布了詹姆斯·韦布太空望远镜（常缩写为JWST或Webb，以下简称韦布望远镜）拍摄的第一张官方照片。这是一张清晰度令人震惊的全彩色图像，也是有史以来拍摄的最遥远的深空宇宙图像。未来詹姆斯·韦布望远镜还将进行更多的时间旅行，科学家们希望这台望远镜能让我们看到宇宙中最早的一些星系。

“看到宇宙最初4亿年时的景象，我感到非常兴奋。此前我们还没有看到任何东西显示它当时是什么样子的，我们将用韦布望远镜第一次看到它。”美国太空望远镜科学研究所的天文学家丹·科（Dan Coe）说，“我们还将看到早期宇宙中的星系是什么样子的。”太空望远镜科学研究所位于巴尔的摩市的约翰·霍普金斯大学，是哈勃太空望远镜、詹姆斯·韦布太空望远镜和罗曼空间望远镜的科学控制中心。

20多年前，当科学家们着手开发韦布望远镜时，这项任务的主要目标之一就是观测宇宙中最早的星系。这些星系如此遥远，以至于它们发出的光需要数十亿年才能到达地球；它们是早期宇宙的遗迹——在我们看来，这些遥远星系的光第一次到达地球时，就保存了它们在宇宙诞生不久时的样子。没有人确切知道这些遗迹意味着什么，而韦布望远镜团队的科学家们迫不及待地想要找到答案。

凭借令人难以置信的灵敏度和在红外光下的视觉能力，韦布望远镜将第一次揭示这些星系的“真面目”。想象一下数十亿年前的宇宙，当光线从恒星中流出并开始穿越空间时，宇宙开始逐渐在这些恒星周围膨胀，最终导致地球与任何指定的恒星的距离都比亿万年前远得多。当一颗恒星离我们越来越远时，它发出的光的波形就会像弹簧一样伸展，波长增加，这种现象被天文学家称为“红移”：人类肉眼所看到的蓝光会延伸至更红的光，而可见光波长则延伸至红外光波长。

我们看不见红外光，哈勃太空望远镜也看不见，因为它只能观测到可见光和紫外线。相比之下，韦布望远镜能够看到已经红移到红外线波长的古老星光。韦布望远镜比哈勃望远镜更大，灵敏度也更高，这使其能够探测到极其微弱的光线，从而更适合研究最遥远的星系。“（韦布望远镜探测的）波长更长，我们就可以看到比哈勃望远镜所探测的更早之前的东西，从而看到更久远之前，”丹·科说，“我们也能够看到这些早期星系的全貌。”

韦布望远镜的新图像将包含这些古老星系的真实模样。科学家认为，最早的星系可能比现代星系要小得多，也更混乱。小而无组织的星团会合并形成更复杂的形态，比如螺旋形的银河系。该理论认为，这样的碰撞也可能导致新恒星的诞生。

“当星系碰撞时，它们不是砰的一声相撞，而是更像搅动，”韦布望远镜的高级项目科学家乔纳森·加德纳（Jonathan Gardner）在6月底举行的一次媒体活动中说，“因为星系大部分由空无一物的空间构成，恒星本身很少相互碰撞。但其中的气体确实会发生碰撞，并引发大量的恒星形成，在最终合并的星系中形成下一代恒星。”

在韦布望远镜运行的第一年，与其相关的多个研究项目将聚焦于早期恒星和星系上。丹·科正领导着其中的两个项目，一个专注于哈勃望远镜所发现的最遥远的星系之一，另一个则专注于迄今为止已观测到的最遥远个体恒星——埃兰迪尔（Earendel，在古英语中意为“晨星”）。

埃兰迪尔又称为WHL0137-LS恒星，在2022年3月30日由NASA宣布发现，此前哈勃太空望远镜曾分别在2016年6月7日、7月17日和2019年11月4日、11月27日对其进行了拍摄。天文学家之所以能发现这颗恒星及其星系，是因为其正前方星系团引发了所谓的引力透镜效应，放大了来自该恒星的光。引力透镜是指质量极大的物体（比如星系团）的引力会扭曲其背后物体发出的光，使光弯曲并放大。事实上，科学家们已经通过引力透镜效应增强了韦布望远镜的探测能力，在其第一张深场彩色图像中，就展示了引力透镜对部分星系图像的扭曲效应。

其他多个研究项目也将关注早期星系，包括韦布望远镜“早期发布科学计划”（Early Release Science initiative）涉及的若干星系。该项目将在韦布望远镜运行的前5个月中快速公布数据，使科学家们可以学习如何更有效地使用该望远镜的数据。从一个研究星系演化的项目，到一个专注于合并星系的项目，韦布望远镜将与世界各地的科学家们分享宇宙最早星系的数据，深入探索这些形成于宇宙诞生之初的星系。

丹·科表示，他已经看到了一些早期的观测结果，而对于未来更深入的探索，他已经迫不及待。“我真的很兴奋能看到这些观测中看到的结果，”他说，“我已经看到了一些最初的数据，一定会让你大吃一惊。”