当你在赞叹那些惊艳的宇宙图时，其实望远镜看到更多的是尘埃！

jeff963

当我们看到的五颜六色的精彩纷呈的宇宙星图时，其实望远镜看到更多的是一片尘埃而已。
当谈到第一个星系时，詹姆斯·韦伯太空望远镜在试图了解这些星系的形成及其与底层暗物质的联系时，你可能不知道，我们宇宙中的大部分物质都是看不见的(也就是“黑暗”)，但是它的引力把一切都联系在一起，包括星系。因此，通过研究星系——尤其是星系的形成——我们可以得到一些关于暗物质如何工作的线索。事实证明天文学要比这复杂一点，当我们研究这些遥远的星系时，我们要处理的主要事情之一就是尘埃，很多灰尘。

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星系最早形成是在很久以前，也就是宇宙形成的几亿年前。但到目前为止，我们还没有第一批星系的直接图像。它们离我们太远了，如果没有大型望远镜，它们的光是无法到达我们的。更重要的是，因为它们是如此遥远，而且自从它们发出光以来宇宙已经膨胀了，它们不再在可见光中发光。他们的光已经红移到红外光谱上。所以要想有机会绘制这些新生星系的地图，我们需要一个大型红外望远镜。于是詹姆斯韦伯诞生了！
詹姆斯·韦伯不是一种测量工具，它不会绘制出宇宙的一个非常大的体积。但它肯定会给我们一些宇宙在130亿年前是什么样子的图像，特别是那些年轻的星系是什么样子的。这些星系的结构和组成依赖于潜在的暗物质。从暗物质的数量，它到底是由什么构成的，以及它是如何决定聚集在一起的，这一切都影响着星系的形成。暗物质的这些特性改变了星系的数量、亮度，甚至改变了它们所拥有的恒星种类。

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然而，星系和暗物质之间的这种联系只有在模拟中才能真正理解。这是因为我们对暗物质没有太多直接的观察。简而言之，我们并不完全了解暗物质是什么。所以有时我们不得不猜测，我们把这些猜测放进计算机模拟宇宙的增长，我们看到正常的物质，如恒星，气体和尘埃，是如何反应形成星系的。
因此，通过将詹姆斯·韦伯所展示的星系的实际图像和统计数据与我们的各种模拟结果进行比较，我们有望找到最佳匹配，并选出最精确的暗物质模型。从那里我们可以学到更多关于宇宙的知识，比如寻找奇异的引力模型，甚至获得关于暗能量神秘本质的线索(。
这听起来很简单，但事实并非如此。在宇宙中进行观测是非常混乱和复杂的，通常也是非常困难的，因为我们的宇宙中除了恒星、星系、暗物质和詹姆斯·韦伯太空望远镜之外还有很多东西。那就是灰尘，很多灰尘，即宇宙尘埃。

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尘埃是由碳和氧以及更多的物质组成，在星系内部、星系周围和星系之间不停地旋转。事实证明，星系间空间是一个相当混乱的地方。有灰尘。灰尘和光混在一起。
当来自遥远星系的光穿过数十亿光年到达詹姆斯·韦伯时，它与许多尘埃相交。灰尘会将它驱散，削弱它，也会使它变红。换句话说，如果我们试图理解这些年轻的星系是什么样子的，我们只能通过朦胧的雾看到这些星系。所以我们没有，也永远不会有，直接清晰的早期宇宙图像。
但这次模拟有一些额外的帮助。他们有真实的实时数据，不是来自早期宇宙的数据，而是来自附近宇宙的数据，并在相当大的程度上研究了宇宙局部区域星系之间尘埃的特性。然后，这些数据被插入到早期宇宙的模拟中，试图尽可能准确地预测詹姆斯·韦伯将会看到什么。

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最近，一组研究人员发表了一组名为illustration的模拟结果。顾名思义，这些模拟非常复杂，不仅涉及暗物质和星系的形成，甚至还模拟了这些星系发出的光，这些光穿过数十亿光年的尘埃，进入类似詹姆斯·韦伯的物体。
模拟的主要目的是预测詹姆斯·韦伯将在天文学家所称的星系光度函数中看到什么。这只是一种奇特的方式来表示每个亮度等级会看到多少个星系，有多少真正明亮的星系，有多少中等亮度的星系，有多少暗星系，等等。还有星系光度函数受暗物质性质的影响。
这是来自IllustrisTNG的合成图像。左边的展板显示了星系与星系之间的相互作用以及扩展的恒星晕的精细结构。右边的展板显示了目前两个巨大的中央星系发出的恒星光投影。我们很容易看到来自大质量中心星系的光是如何压制来自恒星晕的光的。
但是光度函数本身也受到尘埃的影响，因为尘埃改变了所有星系发出的光。这些模拟是首次尝试提供一个端到端的图片，将詹姆斯·韦伯将看到的与暗物质和星系形成的基本物理联系起来。
当然，这只是第一步，这些模拟包括许多基于当前观测的假设和最佳猜测。但我相信，当詹姆斯·韦伯真正飞起来的时候，我们将有更多的数据和更多的模拟。


本文选自：今日头条