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詹姆斯·韦布空间望远镜2021年12月25日发射,2022年7月12日公布首批五个目标,此后已确认一个大爆炸之后2.8亿年的星系
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詹姆斯·韦布空间望远镜2021年12月25日发射,2022年7月12日公布首批五个目标,此后已确认一个大爆炸之后2.8亿年的星系

图片: WikiImages / Pixabay

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韦布搭乘阿丽亚娜5号火箭从法属圭亚那升空,约七个月后公布了首批图像和一份光谱。此后它的数据把已确认星系的纪录推到红移14.44,引发了关于被称为“小红点”的致密红色天体的争论,还产生了一项被其他团队质疑的系外行星说法。

· · 1 分钟阅读

詹姆斯·韦布空间望远镜于2021年12月25日美国东部时间上午7点20分(世界协调时12点20分),搭乘阿丽亚娜5号(Ariane 5)火箭,从法属圭亚那库鲁附近的欧洲航天港升空。2022年7月12日,NASA公布了首批图像和光谱,此前一天(7月11日),总统乔·拜登已在白宫公布了其中的第一幅。

此后四年里,这台望远镜的数据得出了一个确认在大爆炸之后2.8亿年的星系,一场关于一类致密红色天体的悬而未决的争论,以及一项其他团队说数据并不支持的系外行星说法。本文把各机构和论文所陈述的,与仍在争论的部分区分开来。

一个月的飞行,抵达百万英里之外的一点

NASA说,运载火箭和发射场属于欧洲航天局对这项任务的贡献。升空之后,望远镜用了29天,飞行约一百万英里(150万公里),抵达第二拉格朗日点,即L2。

印度的太阳观测台位于日地系统的另一个拉格朗日点L1,同样距地球约150万公里,正如Aditya-L1那篇文章所述。NASA与ISRO近来的另一次合作,是NISAR那篇文章讲的雷达卫星,它于2025年7月30日发射。

十八块六边形和四台仪器

据NASA,韦布的主镜口径6.5米(21.3英尺),由18块六边形镜片拼成。NASA称遮阳罩有网球场那么大。

四台仪器共享光线。NASA的仪器页面给出以下波段范围:

  • NIRCam,主要的近红外相机,覆盖0.6至5微米。
  • NIRSpec,近红外光谱仪,覆盖0.6至5.3微米。
  • NIRISS,连同让韦布保持指向的精细制导传感器,覆盖0.6至5微米。
  • MIRI,中红外仪器,覆盖约4.9至27.9微米。

2022年7月12日的五个目标

第一个是SMACS 0723,NASA称之为韦布的首张深场图像。NIRCam合成图相当于12.5小时的观测,覆盖的天区,大小相当于伸直手臂捏着的一粒沙子。这个星系团呈现的是它46亿年前的样子,它的质量使身后星系的光发生弯曲,放大了其中一些星系,NASA说这些星系的年代是宇宙还不到十亿岁的时候。

第二个是宇宙悬崖(Cosmic Cliffs),即船底座星云中恒星形成区NGC 3324的边缘。NASA给出该区域距离约7,600光年,最高的山峰约有7光年高。

第三个是斯蒂芬五重星系,一幅由近1,000个图像文件拼成、超过1.5亿像素的马赛克图。ESA说,五个星系中有四个距离约2.9亿光年,第五个NGC 7320距离约4,000万光年。这次发布还涉及NGC 7319中的黑洞,ESA给出其质量约为2,400万倍太阳质量,以及NGC 7318B穿过星系群时产生的激波。

第四个是一份光谱,不是一张图片。2022年6月21日,NIRISS观测气态巨行星WASP-96 b凌星,历时6.4小时。ESA说,结果显示了“水的明确特征”,还有此前的观测曾暗示不存在的雾霾和云。这颗行星距离约1,150光年,质量不到木星的一半,直径约为木星的1.2倍。

第五个是南环状星云NGC 3132,约2,500光年远。NASA说,韦布的中红外图像显示,其两颗中心恒星中较暗的那一颗,一颗白矮星,被尘埃包裹着。

大爆炸之后不到3亿年的星系

2024年5月30日,NASA宣布韦布确认了JADES-GS-z14-0,红移为14.32,不确定度为正0.08、负0.20。红移衡量光在抵达我们的途中被拉伸了多少,所以数字越大,星系越远、越早。NASA把这个星系定在大爆炸之后约2.9亿年,宽度超过1,600光年,光主要来自年轻恒星。

团队的论文由斯特凡诺·卡尔尼亚尼(Stefano Carniani)牵头,2024年发表于《自然》。作者写道,这个星系异常明亮而且延展,由于恒星光占主导,黑洞吸积不能完全解释韦布发现的早期明亮星系的过量。

2026年1月28日,NASA宣布了又一步进展:MoM-z14,由NIRSpec确认,红移14.44,约在大爆炸之后2.8亿年。麻省理工学院卡弗里研究所的罗汉·奈杜(Rohan Naidu)领导了这项工作,发表于《天体物理学开放期刊》。团队报告氮含量异常高,NASA说有一种理论指向早期致密宇宙中的超大质量恒星。

小红点,以及谁怎样解读它们

小红点是韦布深场巡天中发现的致密红色天体,争论的焦点是它们靠什么供能。用另一种方法探测到的黑洞,见我们关于引力波的那篇文章。约里特·马蒂(Jorryt Matthee)及同事2023年的一篇预印本找到了20个,红移约为4.2至5.5,带有宽氢发射线,作者把它归因于质量大约1,000万至1亿倍太阳质量的黑洞,并把它们的红色与尘埃联系起来。

黑洞的解读本身正在修订。在2026年的一篇《自然》论文中,瓦迪姆·鲁萨科夫(Vadim Rusakov)及同事论证,电子散射使谱线变宽,这会把黑洞质量压到10万至1,000万倍太阳质量,比早先的估计低两个数量级。他们描述的是包裹在致密电离气体茧中的年轻黑洞。Kohei Inayoshi和Luis Ho在2025年12月的一篇预印本中得出结论,不需要尘埃红化,被气体包裹的黑洞就能产生红色光谱,质量约为100万至1,000万倍太阳质量。

2026年6月10日,得克萨斯大学奥斯汀分校的瓦西里·科科列夫(Vasily Kokorev)牵头的团队报告了一个被引力透镜放大的天体GLIMPSE-17775的详细光谱,红移3.5。ESA的标题称这是“黑洞星”迄今最强的证据,指的是一颗包裹在部分电离气体致密茧里、正在增长的黑洞。ESA的发布说明指出,这项研究只涉及一个天体。

行星:水、二氧化碳,和一个有争议的分子

继WASP-96 b之后,NASA于2022年8月25日宣布,NIRSpec在约700光年外的WASP-39 b上,发现了系外行星大气中二氧化碳的首个清晰、详细的证据。信号是光谱上4.1至4.6微米之间的一个小凸起,记录于2022年7月10日。

K2-18 b是有争议的一例。在一篇2025年4月被《天体物理学杂志快报》接收的论文中,尼库·马杜苏丹(Nikku Madhusudhan)及同事报告了中红外特征,与二甲基硫醚、二甲基二硫醚或两者都吻合,他们称这些气体为潜在的生物标志物,显著度约为3西格玛。拉斐尔·卢克(Rafael Luque)及同事在《天文学与天体物理学》上,对近红外和中红外数据做了联合重新分析,发现没有足够的证据表明存在任何一种分子,并说乙烷等其他含甲基分子同样吻合。卢克团队估计,大约还需要25次MIRI凌星观测,才能在3西格玛的水平上区分平坦的光谱与DMS和DMDS的特征。

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资料来源与延伸阅读

  1. NASA Science: Webb launch
  2. NASA Science: By the Dozen, Webb's mirrors
  3. NASA Science: Webb's scientific instruments
  4. NASA: Webb Delivers Deepest Infrared Image of Universe Yet (SMACS 0723)
  5. NASA: Webb Reveals Cosmic Cliffs, Glittering Landscape of Star Birth
  6. ESA/Webb: Stephan's Quintet photo release (weic2208)
  7. ESA/Webb: WASP-96 b science release (weic2206)
  8. NASA: Webb Captures Dying Star's Final Performance in Fine Detail (Southern Ring Nebula)
  9. NASA: James Webb Space Telescope Finds Most Distant Known Galaxy (JADES-GS-z14-0)
  10. Carniani et al., Spectroscopic confirmation of two luminous galaxies at z~14, Nature 633 (2024)
  11. NASA: Webb Pushes Boundaries of Observable Universe Closer to Big Bang (MoM-z14)
  12. Matthee et al., Little Red Dots: an abundant population of faint AGN at z~5
  13. Rusakov et al., Little red dots as young supermassive black holes in dense ionized cocoons, Nature 649 (2026)
  14. Inayoshi and Ho, A Critical Evaluation of the Physical Nature of the Little Red Dots (preprint)
  15. ESA/Webb: Webb finds strongest evidence yet for black hole stars (weic2610)
  16. NASA JPL: Webb Detects Carbon Dioxide in Exoplanet Atmosphere (WASP-39 b)
  17. Madhusudhan et al., New Constraints on DMS and DMDS in the Atmosphere of K2-18 b from JWST MIRI
  18. Luque et al., Insufficient evidence for DMS and DMDS in the atmosphere of K2-18 b, A&A 700 (2025)

本文在 AI 工具协助下研究与撰写,并经编辑核实。仅供一般参考与讨论,不构成专业建议。请参阅我们的编辑准则与免责声明。发现错误?告诉我们。

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