美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜打开了超新星科学的新窗口

何一方88

据美国宇航局（戈达德太空飞行中心）：美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜深入宇宙，让科学家们首次详细地看到了超新星，当时我们的宇宙还只是其当前年龄的一小部分。一个使用韦布数据的团队在早期宇宙中发现的超新星是之前已知的10倍。一些新发现的爆炸恒星是其类型中最遥远的例子，包括那些用于测量宇宙膨胀率的恒星。

“韦布是一台超新星发现机器，”斯图尔特天文台和图森亚利桑那大学的三年级研究生克里斯塔·德库西说。“探测的绝对数量加上与这些超新星的遥远距离是我们调查中最令人兴奋的两个结果。”

德库西在威斯康星州麦迪逊举行的美国天文学会第244次会议的新闻发布会上介绍了这些发现。



JADES深场使用美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）拍摄的观测结果，作为JADES（JWST高级银河系外深探测）计划的一部分。一个研究JADES数据的天文学家团队发现了大约80个亮度随时间变化的物体（绿色圆圈）。这些被称为瞬变的物体大多是恒星或超新星爆炸的结果。在这项调查之前，只有少数超新星在红移2以上被发现，这相当于宇宙只有33亿年的历史，仅为当前年龄的25%。JADES样本中包含许多超新星，这些超新星在过去宇宙不到20亿年的时候爆炸得更远。它包括有史以来光谱证实的最远的一个，红移3.6。它的祖恒星在宇宙只有18亿年的时候爆炸了。图像：NASA、ESA、CSA、STScI、JADES协作

太空望远镜的图像显示了数百个不同颜色、形状和大小的物体散布在太空的黑色背景上，其中约80个物体用绿色圈出。

“超新星发现机器”

为了做出这些发现，该团队分析了作为JWST高级河外深探测（JADES）计划的一部分获得的成像数据。韦布是发现极远超新星的理想之选，因为它们的光被拉伸到更长的波长——这一现象被称为宇宙学红移。

在韦布发射之前，只有少数超新星在红移2以上被发现，这相当于宇宙只有33亿年的历史，仅为当前年龄的25%。JADES样本中包含许多超新星，这些超新星在过去宇宙不到20亿年的时候爆炸得更远。

此前，研究人员使用美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜观察宇宙处于“年轻人”阶段的超新星。通过JADES，科学家们看到了宇宙“十几岁”或“十几岁前”时的超新星。未来，他们希望回顾宇宙的“蹒跚学步”或“婴儿”阶段。

为了发现超新星，研究小组比较了间隔一年拍摄的多张图像，并寻找这些图像中消失或出现的来源。这些观察到的亮度随时间变化的物体被称为瞬变，超新星是一种瞬变。总的来说，JADES瞬态调查样本团队在一片只有一粒米那么厚的天空中发现了大约80颗超新星。

马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所（STScI）的队友、美国国家航空航天局爱因斯坦研究员贾斯汀·皮雷尔说：“这真的是我们第一次对高红移宇宙进行瞬态科学研究。”。“我们正在努力确定遥远的超新星是否与我们在附近宇宙中看到的有根本不同或非常相似。”

Pierel和STScI的其他研究人员提供了专家分析，以确定哪些瞬变实际上是超新星，哪些不是，因为它们看起来往往非常相似。

该团队发现了许多高红移超新星，包括有史以来光谱证实的最远的一颗，红移3.6。它的祖恒星在宇宙只有18亿年的时候爆炸了。这就是所谓的核心坍塌超新星，大质量恒星的爆炸。



这幅马赛克显示了JADES（JWST高级河外深巡天）计划数据中确定的大约80个瞬变或亮度变化的物体中的三个。大多数瞬变是恒星或超新星爆炸的结果。通过比较2022年和2023年拍摄的图像，天文学家可以定位最近爆炸的超新星（如前两列中所示的例子），或者已经爆炸且光线正在消退的超新星。每颗超新星的年龄都可以根据其红移（用“z”表示）来确定。最遥远的超新星的光红移3.8，起源于宇宙只有17亿年的时候。红移2.845对应于大爆炸后23亿年的时间。最接近的例子，红移0.655，显示了大约60亿年前离开星系的光，当时宇宙的年龄刚刚超过其当前年龄的一半。图像：NASA、ESA、CSA、STScI、C.DeCoursey（亚利桑那大学）、JADES合作

揭示遥远的Ia型超新星

天体物理学家特别感兴趣的是Ia型超新星。这些爆炸的恒星是如此明亮，以至于它们被用来测量遥远的宇宙距离，并帮助科学家计算宇宙的膨胀率。研究小组确认了至少一颗红移2.9的Ia型超新星。115亿年前，当宇宙只有23亿年的历史时，这次爆炸产生的光开始向我们传播。光谱证实的Ia型超新星之前的距离记录是1.95的红移，当时宇宙有34亿年的历史。

科学家们急于分析高红移的Ia型超新星，看看它们是否都具有相同的内在亮度，而不管距离如何。这一点至关重要，因为如果它们的亮度随红移而变化，它们就不是测量宇宙膨胀率的可靠标志。

Pierel分析了这颗在红移2.9时发现的Ia型超新星，以确定其内在亮度是否与预期不同。虽然这只是第一个这样的物体，但结果表明没有证据表明Ia型亮度会随着红移而变化。还需要更多的数据，但目前，基于Ia型超新星的关于宇宙膨胀率及其最终命运的理论仍然完好无损。Pierel还在美国天文学会第244次会议上介绍了他的发现。

展望未来

早期的宇宙是一个非常不同的地方，有着极端的环境。科学家们希望看到来自恒星的古老超新星，这些恒星所含的重化学元素比太阳等恒星少得多。将这些超新星与当地宇宙中的超新星进行比较，将有助于天体物理学家了解早期的恒星形成和超新星爆炸机制。

领导JADES超新星光谱分析的STScI研究员Matthew Siebert说：“我们本质上是在打开一扇关于瞬态宇宙的新窗口。”。“从历史上看，每当我们这样做时，我们都会发现非常令人兴奋的事情——那些我们没有想到的事情。”

JADES团队成员、图森亚利桑那大学的研究教授Eiichi Egami说：“因为韦布非常敏感，它几乎在它指向的任何地方都能发现超新星和其他瞬变。”。“这是与韦布一起对超新星进行更广泛调查的第一个重要步骤。”

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦布正在解开我们太阳系中的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦布是由美国国家航空航天局及其合作伙伴欧空局和加拿大航天局领导的一个国际项目。