NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜和哈勃太空望远镜联手创造了最丰富多彩的宇宙视图
NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜和哈勃太空望远镜联合起来研究一个被称为MACS0416的膨胀星系团。由此产生的全色图像结合了可见光和红外光，组合成有史以来最全面的宇宙视图之一。MACS0416距离地球约43亿光年，是一对相互碰撞的星系团，它们最终将合并成一个更大的星系团。
图片：星系团MACS0416
这张星系团MACS0416的全色视图是通过将美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜的红外观测结果与美国国家航空宇航局哈勃太空望远镜的可见光数据相结合而创建的。由此产生的波长覆盖范围从0.4微米到5微米，揭示了星系的生动景观，其颜色为星系距离提供了线索：最蓝的星系相对较近，通常表现出强烈的恒星形成，这是哈勃望远镜最能探测到的，而更红的星系往往更遥远，或者含有大量的尘埃，这是韦伯探测到的。这张照片揭示了大量的细节，只有结合两台太空望远镜的力量才能捕捉到这些细节。在这张图像中，蓝色代表0.435和0.606微米波长的数据（哈勃滤镜F435W和F606W）；青色代表0.814、0.9和1.05微米波长的数据（哈勃滤镜F814W、F105W和韦伯滤镜F090W）；绿色代表1.15、1.25、1.4、1.5和1.6微米波长的数据（哈勃滤镜F125W、F140W和F160W，以及韦伯滤波器F115W和F150W）；黄色代表2.00微米和2.77微米波长的数据（韦伯滤镜F200W和F277W）；橙色为3.56微米波长的数据（韦伯滤镜F356W）；红色代表4.1微米和4.44微米的数据（韦伯滤镜F410M和F444W）。
影像来源：NASA, ESA, CSA, STScI, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria, Spain), J. D’Silva (U. Western Australia), A. Koekemoer (STScI), J. Summers & R. Windhorst (ASU), and H. Yan (U. Missouri).
这张照片揭示了大量的细节，只有结合两台太空望远镜的力量才能捕捉到这些细节。它包括星团外的大量星系和随时间变化的少量光源，可能是由于引力透镜效应——来自遥远背景光源的光的扭曲和放大。
这个星团是一系列前所未有的超深度宇宙视图中的第一个，这些视图来自一个雄心勃勃的合作哈勃计划，名为前沿领域（Frontier Fields），于2014年启动。哈勃率先探索了一些迄今为止探测到的最微弱、最年轻的星系。韦伯的红外视野通过它的红外视野深入到早期宇宙的更深处，极大地支持了这种深度观测。
”我们正在通过推动更遥远的距离和更暗淡的物体来建立哈勃的遗产。”亚利桑那州立大学的罗吉尔·温德霍斯特说，他是PEARLS（再电离和透镜科学的主要星系外区域）项目的首席研究员，该计划进行了韦伯的观测。
颜色的含义
为了制作图像，通常最短波长的光用蓝色编码，最长波长的光用红色编码，中间波长的光用绿色编码。波长范围很宽，从0.4到5微米，产生了一幅特别生动的星系景观。
这些颜色为星系距离提供了线索：最蓝的星系相对较近，通常显示出强烈的恒星形成，这是哈勃望远镜所能探测到的最佳结果，而较红的星系往往更远，这是韦伯探测到的结果。一些星系看起来也很红，因为它们含有大量的宇宙尘埃，这些尘埃往往会吸收蓝色的星光。
“直到你把韦伯数据和哈勃数据结合起来，整个画面才变得清晰。”温德霍斯特说。
图片：并排的哈勃/韦伯影像
这张MACS0416星系团的并排对比图，由哈勃太空望远镜在可见光下（左）和詹姆斯·韦伯太空望远镜在红外光下（右）拍摄，揭示了不同的细节。这两幅图像都显示了数百个星系，然而韦伯图像显示了哈勃图像中不可见或几乎不可见的星系。这是因为韦伯的红外视觉可以探测到距离哈勃太远或尘埃太多的星系。（由于宇宙膨胀，来自遥远星系的光会发生红移。）韦伯的总曝光时间约为22小时，而哈勃的曝光时间为122小时。
影像来源：NASA, ESA, CSA, STScI
圣诞树星系团
虽然韦伯的新观察有助于这种美学观点，但它们是出于特定的科学目的。研究团队将他们的三个时期的观测结果结合起来，每个时期相隔几周，第四个时期来自CANUCS（加拿大NIRISS非偏倚聚类调查）研究团队。目标是寻找随时间变化的观测亮度的物体，即所谓的瞬变天体。
他们在视野中发现了14个这样的瞬变天体。其中12个瞬变天体位于三个被引力透镜高度放大的星系中，很可能是被短暂高度放大的单个恒星或多恒星系统。剩下的两颗瞬变天体位于放大程度适中的背景星系中，很可能是超新星。
“我们称MACS0416为圣诞树星系团，既是因为它如此丰富多彩，也因为我们在其中发现了这些闪烁的光。我们到处都能看到瞬变现象，”哥伦比亚密苏里大学的严浩静（音译）说，他是一篇描述这些科学结果的论文的第一作者。
在相对较短的时间内通过观测发现了如此多的瞬变现象，这表明天文学家可以通过韦伯的定期监测在这个星团和其他类似的星团中发现更多的瞬变现象。
怪兽之星
在研究团队发现的瞬变现象中，有一种尤为突出。它位于大爆炸后大约30亿年存在的星系中，被放大了至少4,000倍。该团队将这颗恒星系统命名为摩斯拉，以此向它的“怪物本性”致敬，因为它既极其明亮，又被极大地放大。这颗恒星加入了另一颗被研究人员命名为哥斯拉的透镜恒星的行列。（哥斯拉和摩斯拉都是日本电影中被称为怪兽的巨型怪物。）
有趣的是，在哈勃望远镜9年前拍摄的观测中也能看到摩斯拉。这是不寻常的，因为需要在前景星系团和背景恒星之间有一个非常特殊的排列，才能将一颗恒星放大得如此之大。恒星和星团的相互运动最终消除了这种排列。
图片：引力透镜星系
这张MACS0416星系团的照片突出了一个特殊的引力透镜背景星系，它存在于大爆炸后大约30亿年。该星系包含一个瞬变天体，也就是观测到的亮度随时间变化的天体，科学团队将其称摩斯拉。魔斯拉是一颗被放大了至少4000倍的星星。该团队认为，魔斯拉不仅被MACS0416星系团的引力放大，还被一种称为“毫透镜”的物体放大，这种天体的重量可能与球状星团相当。
影像来源：NASA, ESA, CSA, STScI, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria, Spain), J. D’Silva (U. Western Australia), A. Koekemoer (STScI), J. Summers & R. Windhorst (ASU), and H. Yan (U. Missouri).
最可能的解释是，前景星团中有一个额外的天体增加了放大倍率。该团队能够将其质量限制在太阳质量的1万到100万倍之间。然而，这种所谓的“毫透镜”的确切性质仍然未知。
“最可能的解释是一个球状星团，它太暗了，韦伯无法直接看到。”西班牙坎塔布里亚研究所的何塞·迭戈说，他是详细介绍这一发现的论文的主要作者。“但我们还不知道这个额外镜头的真实性质。”
严浩静等人的论文已被《天体物理杂志》接受发表。迭戈等人的论文发表在《天文学与天体物理学》上。
这里显示的韦伯数据是作为PEARLS GTO计划1176的一部分获得。
詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上最重要的太空科学天文台。韦伯正在解决我们太阳系的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，并探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的地位。韦伯是一个由NASA及其合作伙伴ESA和加拿大航天局领导的国际计划。
哈勃太空望远镜是NASA和ESA之间的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所（STScI）进行哈勃和韦伯科学操作。STScI由位于华盛顿特区的大学天文学研究协会为NASA运营。
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