在2024年中詹姆斯韦伯望远镜5次重写了物理学

(2024-12-30 10:45:21)

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杂谈

在 2024 年中詹姆斯韦伯望远镜5 次重写了物理学

By Paul Sutter

published 2 days ago

Space

詹姆斯韦伯太空望远镜今年已经有过几个改变了我们如何理解宇宙的惊人发现。

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(Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI)

自 2021 年圣诞节它的发射以来，詹姆斯韦伯太空望远镜已经年复一年证明了它的价值。2024 年是不例外的。这里只是超强大的望远镜已经重新形成了我们的宇宙的理解的五次。

大星系

(Image credit: NASA/ESA/JWST)

詹姆斯韦伯望远镜被部分设计来狩猎宇宙的第一批星系。这些星系是离我们如此遥远以至于宇宙的扩张已经漂移了它们的光进入电磁波谱的更红或红外部分。天文学家已经用这台天文台来发现那些古老的星系，而他们一次又一次发现了这些星系是比我们期望它们是的更大和更亮。在这里打赌的是我们的星系形成的理解。早期宇宙出现比我们想的远更活跃的。

星系出现和在短短几亿年内非常迅速的生长。宇宙学家不理解生长星系的过程如何如此迅速的演变，天文学家希望未来的詹姆斯韦伯望远镜观测将揭示需要来解决这个谜团的线索。

大黑洞

这张图片显示由詹姆斯韦伯太空望远镜看到的星系系统 ZS7 的环境。一个放大的合并的黑洞系统的观察被嵌在黄色中。 (Image credit: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, D. Magee, P. G. Pérez-González, H. Übler, R. Maiolino, et. al)

詹姆斯韦伯太空望远镜今年发现了一些巨大的黑洞。5 月，天文学家目睹了两只巨大的野兽，每只重量大约是太阳质量的 5000 万倍，当在宇宙大约 7.4 亿岁老时碰撞中。

在早期宇宙中的大黑洞甚至比大星系更难解释。这是因为黑洞形成的唯一已知方式是通过大质量恒星的死亡，这留下重量是太阳质量几倍的黑洞。从那里这些微小的种子不得不以一个惊人的速度消耗周围的物质，并且相当频繁的合并来在如此一个早期的宇宙年龄达到超大质量状态。

天文学家确实不知道什么天体物理过程能解释这些黑洞如何这么早变得如此之大——但詹姆斯韦伯太空望远镜也可以帮助回答这个问题。

哈勃紧张

宇宙扩张的描画。(Image credit: Mark Garlick/Science Photo Library via Getty Images)

在过去的十年里，宇宙学家们已经就一个被称为哈勃紧张的问题失眠。估计被称为哈勃速率或哈勃常数的当今日子宇宙扩张率的不同方法正在返回略不同的数字。

主要差异是从早期宇宙获得的测量比从晚期宇宙获得的测量值稍微更大。天文学家已经漂浮出了数百个建议来解决这种紧张，从普通的测量误差到重新改写我们的暗能量的理解。

在这个时候对这种紧张没有普遍接受的解释。而今年詹姆斯韦伯望远镜在确认神秘差异是的后没有帮助，哈勃紧张是非常真实的。如此…谢谢？

碳中和

来自詹姆斯韦伯太空望远镜回头看向早期宇宙的一个深场图像。 (Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA))

我们知道它的生命至少需要五种关键成分：氢、氧、碳、氮和磷。拿走一个，使生命成为可能的基本生化过程将停止。氢被在大爆炸的最初几分钟内锻造。剩下的只能被在恒星的心脏制造。一旦那些恒星死亡，这些成分只开它们的路进入星际空间——在那里它们能参与新恒星和新太阳系的形成。

一个像地球一样的行星，富含这些元素来使生命成为可能，是跨越数十亿年的几代恒星生与死的产物。因此当天文学家用詹姆斯韦伯望远镜发现在大爆炸后仅 3.5 亿年形成了的碳云时是一个惊讶。

这把时钟一路推回到当生命可能已经首次出现在了宇宙中时。如果一个云中存在大量的碳，那么其他关键成分也可能在周围漂浮着。所有这些元素甚至在宇宙五亿岁老之前可能已经时尚了一颗行星。我们确实还不知道回到那时是否生命存在了，但这一发现是一个它是可能的重大线索。

第一代

这张来自韦伯的近红外相机（NIRCam）仪器的图像显示大天文台起源深勘测北部（GOODS-North ）星系场的一部分。在右下角，一个拉出的镜头突出GN-z11 星系，它在大爆炸后仅 4.3 亿年的时间被看到。该图像揭示一个延伸的成分，追踪GN-z11 宿主星系，以及一个中心源，它的颜色与围绕一个黑洞的吸积盘的颜色是一致的。(Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (University of Arizona), Daniel Eisenstein (CfA))

詹姆斯韦伯望远镜是一台第一次的仪器：第一个星系，第一个黑洞，第一个生命的构建块。但真正的宇宙圣杯是来发现第一批恒星。在天文学的特殊命名法中，第一代恒星被称为种群3（Population III）恒星。在当今日子宇宙中没有已知的种群3恒星存在，天文学家怀疑来自那一代的恒星没有寿命长的。