 JADES深場利用美國國家航空航天局詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）拍攝的觀測結果顯示了新發現的超新星爆炸的位置（圖片來源：uux.cn美國國家航空局、歐空局、CSA、STScI、JADES Collaboration） （神秘的地球uux.cn）據美國太空網（Robert Lea）：當談到尋找早期宇宙中大質量恒星的爆炸性死亡時，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）是一個相當出色的宇宙偵探。這位天體級的福爾摩斯在一臂之遙的米粒般寬的天空中發現了80顆新的早期超新星的證據。 這不僅是早期宇宙史上發現的超新星的10倍，而且樣本中還包括有史以來最早和最遠的超新星。它是在138億年前的宇宙隻有18億年的時候爆炸的。 JWST高級深星係外巡天（JADES）項目的數據幫助一組科學家發現了這一前所未有的超新星，其中還包括天文學家稱之為“標準蠟燭”的Ia型爆炸，可以用來測量宇宙距離。 在JWST於2022年夏天開始運行之前，隻有少數超新星被發現，可以追溯到宇宙隻有33億年的時候，相當於目前年齡的25%左右。然而，JADES的樣本中包含了許多超新星，這些超新星在過去爆炸得更遠。事實上，有些在宇宙不到20億年的時候就爆發了。 “JWST是一台超新星發現機器，”團隊成員克裏斯塔·德庫西在一份聲明中說，她是斯圖爾特天文台和圖森亞利桑那大學的三年級研究生。“探測的絕對數量加上與這些超新星的遙遠距離是我們調查中最令人興奮的兩個結果。” JWST無與倫比的紅外靈敏度意味著它幾乎在宇宙中的任何地方都能發現超新星。 超新星偵探 當光波長穿過宇宙時，空間結構的膨脹會延伸出這些波長。這導致光在電磁光譜中進一步向下移動，從較藍的一端向較紅的一端緩慢移動。這種現象被稱為“紅移” 光在太空中傳播的時間越長，它所經曆的紅移程度就越極端。因此，來自120億光年外天體的光，如這些超新星，經曆了極端的波長延長，或“宇宙學紅移” 這將超新星的光向下轉移到電磁光譜的紅外區域，JWST擅長在這個區域觀察宇宙。  顯示波長與各種類型光之間關係的電磁光譜。紅移可以看到光從可見光譜和上方向下移動到紅外區域。（圖片來源：uux.cn美國國家航空航天局的《想象宇宙》） 哈勃太空望遠鏡此前曾允許天文學家觀察到宇宙處於“年輕人”階段時存在的遙遠超新星。然而，通過JADES和JWST，天文學家可以在宇宙處於“十幾歲”甚至“十幾歲前”時觀測到超新星 未來，科學家們希望回顧宇宙的“蹣跚學步”階段，甚至是宇宙的嬰兒期，理想情況下是偶然發現第一代大質量恒星的死亡。 為了獲得這一新的超新星觀測序列，JADES團隊以一年的間隔拍攝了同一片天空的多張圖像。然後，他們對圖像進行了比較。因為超新星是“瞬變”的，意味著它們會隨著時間的推移而變亮和褪色，觀察圖像的變化可以讓科學家區分哪些光點確實是恒星爆炸，哪些可能是其他現象。 位於馬裏蘭州巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所（STScI）的美國國家航空航天局愛因斯坦研究員賈斯汀·皮雷爾在聲明中說：“這真的是我們第一個了解高紅移宇宙在瞬態科學中的樣子的樣本。”。“我們正在努力確定遙遠的超新星是否與我們在附近宇宙中看到的有根本不同或非常相似。”  一幅插圖顯示，一顆白矮星以伴星為食，開始在Ia型超新星中爆發（圖片來源：uux.cn/Robert Lea（與Canva共同創作）） JADES團隊看到的並非所有超新星都是“核心坍塌”超新星，這是由大質量恒星耗盡核心核聚變所需的燃料供應，在自身重力作用下坍塌，產生黑洞或中子星而引發的。 如前所述，其中一些是Ia型超新星，是由被稱為“白矮星”的恒星屍體以從伴星或供體星上剝離的物質為食而引發的。這些物質堆積在白矮星的表麵，直到它引發失控的熱核爆炸，徹底摧毀白矮星。 這些事件的光輸出是均勻的，具有相同的內在亮度，似乎與距離無關。這意味著它們可以用作測量距離的宇宙標尺，也可以用作測量空間結構膨脹速度的標記。然而，如果Ia型超新星的內在亮度在高紅移時發生變化，它們在測量大宇宙距離方麵的效用將受到限製。 該團隊對大約110億年前爆發的Ia型火山的觀測表明，盡管其光線發生了宇宙學紅移，但其亮度沒有變化。 “青少年時代”的宇宙與我們今天看到的大不相同，有著更加極端的環境。此外，由於當時宇宙主要是氫和氦，天文學家預計會看到由恒星死亡引發的古代超新星，這些恒星所含的重化學元素或“金屬”比當前一代的“富含金屬”恒星（如太陽）少得多。 因此，將這些古老的超新星與在本地宇宙中爆炸的大質量恒星進行比較，可以幫助科學家更好地了解恒星在形成過程中是如何被早期恒星鍛造的金屬富集的，並在它們死亡時在宇宙中傳播。 JADES超新星光譜分析的負責人Matthew Siebert說：“我們本質上是在打開一扇關於瞬態宇宙的新窗口。”。“從曆史上看，每當我們這樣做時，我們都會發現非常令人興奮的事情——那些我們沒有想到的事情。” 該團隊的發現於周一（6月10日）在威斯康星州麥迪遜舉行的美國天文學會第244次會議的新聞發布會上發表。 |
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