詹姆斯·韦伯太空望远镜展示了新星形成和星系演化的区域
编者按：本文重点介绍了韦伯科学进展中的数据，这些数据尚未经过同行审议。
2022年10月11日，NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜首次花了20多个小时观测了长期研究的哈勃超深场。一般观测者计划（GO 1963）专注于分析波长在约2微米至4微米之间的领域。
这张哈勃超深场的照片是由NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜上的近红外相机所拍摄。韦伯的图像在与哈勃相当的深度观测该一区域，揭示了类似亮度的星系，但观测时间仅为哈勃的十分之一。它包括波长为1.8微米的光（以蓝色显示，滤波器F182M）、波长为2.1微米的光（以绿色显示，滤波器F210M）、波长为4.3微米的光（以黄色显示，滤波器F430M）、波长为4.6微米的光（以橙色显示，滤波器F460M）和波长为4.8微米的光（以红色显示，滤波器F480M）。从太空望远镜科学研究所下载完整的分辨率影像。
影像来源：NASA, ESA, CSA, Joseph DePasquale (STScI), Christina Williams (NSF’s NOIRLab).
我们采访了克里斯蒂娜·威廉姆斯（来自国家科学基金会的NOIRLab）、桑德罗·塔切拉（来自剑桥大学）和迈克尔·马塞达（来自威斯康星大学麦迪逊分校），以了解更多关于通过韦伯的眼睛对哈勃超深空的首次观测的信息。
对于人们来说，了解这些韦伯观测结果有什么重要的意义？
迈克尔·马塞达：事实上，我们看到了炽热的电离气体，这告诉了我们这些星系中恒星的确切诞生地。现在我们可以将这些区域与恒星已经存在的区域分开。这条信息非常重要，因为数十亿年后，我们不知道星系是如何变成今天的样子。值得注意的是，我们还没有看到所有可以看到的东西。我们的整个项目大约是24小时，与其他天文台观测的时间相比，这个时间不算长。但是，即使在相对较短的时间内，我们开始拼凑出一张新的图片，展示星系是如何在宇宙历史上这个非常有趣的时刻成长。
通过与韦伯一起探索哈勃超深场，你感兴趣的是什么?
克里斯蒂娜·威廉姆斯：我们建议使用韦伯的NIRCam的一些中频滤波器对超深场进行成像，这使我们能够比宽带滤波器更准确地拍摄光谱特征的图像，因为中频滤波器的波长范围更短。这让我们在测量颜色时更敏感，这有助于我们了解宇宙第一个十亿年期间恒星形成和星系电离属性的历史，就像在再电离时代一样。测量星系在这段时间产生的能量将帮助我们了解星系是如何使宇宙再电离，将宇宙从中性气体恢复为电离等离子体，就像大爆炸后一样。
桑德罗·塔切拉：河外天体物理学中悬而未决的关键问题之一是第一批星系是如何形成的。由于介质波段覆盖了一系列不同的波长，们可以直接找到早期宇宙中的一些最初的星系，或者我们可以测定宇宙大约10亿岁时星系中恒星的年龄，以了解星系在过去实际形成恒星的时间。这项调查有助于确定第一批星系的形成。
迈克尔：我们拥有的韦伯中频滤波器的能力实际上是相当新的。我们正在获得成像和光谱学之间的某种混合，因此我们基本上获得了该领域中所有星系的详细信息，而传统的光谱学只能选择视场中的几个星系进行研究。这真的是一幅完整的画面，因为这些信息补充了许多现有的数据，不仅来自哈勃望远镜，还来自超大望远镜上的地面仪器，如MUSE（多单元光谱探测器），这样我们可以对许多这样的物体进行不同波长的光谱分析。MUSE非常善于发现具有莱曼α辐射的星系，或这些星系中电离氢发出的光，这些星系是再电离结束时存在的星系类型。这一新数据是我们以前在了解该领域星系完整数量方面所没有的缺失部分。
在哈勃和韦伯对哈勃超深场的观测之间的比较中，NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜的近红外相机的能力得到了充分展示。左图展示了哈勃用广角相机3号相机进行的观测，需要11.3天的曝光时间，而右图只需要0.83天。韦伯图像中的几个区域揭示了以前看不见的红色星系。从太空望远镜科学研究所下载完整的分辨率。
影像来源：NASA, ESA, CSA, Joseph DePasquale (STScI).
这些数据中有什么出乎意料的东西让你感到惊讶吗？
迈克尔：我不知道我是否感到惊讶，但这些照片比我预期的还要好。在这些图像中，你实际上可以用眼睛看到，这是一个相当大面积的电离气体。我原以为一切都会悬而未决，但我们有足够高的分辨率来真正看到它。我很高兴看到它，因为要理解发生了什么可能会困难得多。
克里斯蒂娜：我认为看到这些图像是如此美丽，它们最终的质量是如此高，这绝对是一个亮点。我们计算出我们可以做这样的事情，但在实践中看到它和拥有真实的数据是不同的。
你为什么选择立即公开这些数据？
桑德罗：星系是非常复杂的系统，在不同的空间和时间尺度上，有很多不同的过程在起作用，所以有很多方法可以用来更好地理解星系的物理学。因此，将其提供给许多不同的群体将有助于寻找更多的见解。
克里斯蒂娜：韦伯仍然很新，人们还在学习如何分析数据集的最佳实践。因此，拥有一些立即可用的数据集对每个人都有好处，可以帮助人们了解未来使用韦伯数据的最佳方式，并根据实际数据经验更好地规划未来周期中的项目。
作者简介:
- 克里斯蒂娜·威廉姆斯（Christina Williams）是亚利桑那州图森市国家光学红外天文研究实验室（NOIRLab）的助理天文学家。
- 桑德罗·塔切拉（Sandro Tacchella）是英国剑桥大学天体物理学助理教授。
- 迈克尔·马塞达（Michael Maseda）是威斯康辛州麦迪逊市威斯康辛大学麦迪逊分校的天文学助理教授。
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