哈勃太空望远镜

美国宇航局/欧空局哈勃太空望远镜的最新结果表明，早期宇宙中第一批恒星和星系的形成比之前认为的要早。欧洲天文学家还没有发现第一代恒星的证据，也就是所谓的星族Ⅲ，那时宇宙只有5亿年的历史。 探索最早的星系仍然是现代天文学的重大挑战。我们不知道宇宙中最初的恒星和星系是何时或如何形成的。这些问题可以通过哈勃太空望远镜的深度成像观测来解决。哈勃望远镜可以让天文学家将宇宙回溯到大爆炸5亿年内。 美国宇航局/欧空局哈勃太空望远镜的最新结果表明，早期宇宙中第一批恒星和星系的形成比之前认为的要早。欧洲天文学家小组没有发现第一代恒星的证据，也就是第三代恒星，那时宇宙还不到10亿年。这个艺术家的印象呈现了早期的宇宙。 来源：ESA/Hubble, M. Kornmesser and NASA 由欧洲航天局的Rachana Bhatawdekar领导的一个欧洲研究小组，开始研究宇宙早期的第一代恒星。作为星族Ⅲ，这些恒星是由大爆炸产生的原始物质锻造而成。另一种解释则是恒星必须完全由氢、氦和锂组成，在这些恒星的核心过程中，只有氢、氦和锂这些元素才能产生更重的元素，比如氧、氮、碳和铁。 Bhatawdekar和她的团队用哈勃太空望远镜(支持数据来自NASA的斯皮策太空望远镜和欧洲南方天文台的地面超大望远镜)研究了大爆炸5亿到10亿年后的早期宇宙。“在这个宇宙时间间隔内，我们没有发现第一代恒星（星族Ⅲ）存在的证据，”Bhatawdekar谈到新结果时说。 作为哈勃前沿领域计划的一部分，这一结果是利用哈勃太空望远镜的宽视场照相机3和高级巡天照相机完成的。这个项目(从2012年到2017年观测了6个遥远的星系团)对星系团和位于其后的星系进行了有史以来最深入的观测，并通过引力透镜效应对其进行了放大，因此发现的星系比以前观测到的要暗10到100倍。前景星系团的质量足够大，可以弯曲和放大来自它们后面较远物体的光。这允许哈勃望远镜使用这些宇宙放大镜来研究超出其正常操作能力的物体。 Bhatawdekar和她的团队开发了一种新技术，可以移除构成这些引力透镜的明亮前景星系的光线。这使他们能够发现质量比以前哈勃观测到的质量更低的星系，其距离对应于宇宙还不到十亿年的时间。在宇宙时间的这个点上，缺乏外来恒星群的证据和对许多低质量星系的识别，支持了这些星系最有可能成为宇宙再电离的候选星系的说法。在早期宇宙中，这段再电离时期是中性的星系间介质被第一批恒星和星系电离的时期。 这张由美国宇航局/欧洲航天局哈勃太空望远镜拍摄的照片显示了MACS J0416星系团。这是哈勃前沿领域项目正在研究的六个星系团之一，该项目拍摄了迄今为止最深的引力透镜图像。科学家利用星系团内的光(蓝色可见)来研究暗物质在星系团内的分布。 来源：NASA, ESA and M. Montes (University of New South Wales) “这些结果具有深远的天体物理学意义，因为它们表明星系的形成肯定比我们想象的要早得多。”Bhatawdekar说，“这也有力地支持了早期宇宙中低质量/暗淡星系导致再电离的观点。” 这些结果还表明，恒星和星系最早的形成比哈勃太空望远镜能探测到的要早得多。这为NASA/ESA/CSA即将推出的詹姆斯韦伯太空望远镜留下了一个令人兴奋的进一步研究领域——研究宇宙最早的星系。 这些结果是基于Bhatawdekar等人2019年发表的一篇论文，以及即将出版的《皇家天文学会月报》上的一篇论文。这些结果也在美国天文学会第236次会议的新闻发布会上公布。 这项研究的欧洲天文学家团队由R. Bhatawdekar和C.J. Conselice组成。 哈勃太空望远镜是NASA和ESA之间国际合作的项目。NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理该望远镜。巴尔的摩的太空望远镜科学研究所（STScI）进行哈勃望远镜的科学运作。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/hubble-makes-surprising-find-in-early-universe

现在你看到了，现在看不到了。 天文学家认为太阳系外的一颗行星现在似乎消失了。尽管这在科幻小说中经常发生，比如超人的故乡氪星爆炸，但天文学家们正在寻找一个合理的解释。 一种解释是，与其说是2004年首次拍摄的全尺寸行星物体，不如说是是由围绕着明亮的北落师门运行的两个大型天体碰撞产生的一个巨大的、不断膨胀的尘埃云。潜在的后续观察可能会证实这一非同寻常的结论。 “这些碰撞极其罕见，所以我们能看到这些碰撞的证据其实是一件大事” 图森市亚利桑那大学的安德拉斯·加斯帕尔说，“我们相信，我们在正确的时间、正确的地点，用美国宇航局的哈勃太空望远镜见证了这样一个不太可能发生的事件。” 这张图模拟了天文学家在研究哈勃太空望远镜观测数年之后，首次发现另一个恒星系统中巨大的行星碰撞后果的证据。左边这张由哈勃望远镜拍摄的彩色图像显示了一个巨大的冰状碎片环，它环绕着25光年之外的北落师门。这颗恒星是如此的耀眼，以至于一个黑色的遮光板被用来遮挡它的眩光，这样尘埃环就可以被拍摄下来。2008年，天文学家们看到了他们认为是第一幅行星在远离恒星的轨道上运行的直接图像。然而，到了2014年，这颗候选行星消失在哈勃望远镜的探测之下。最好的解释是，这个物体根本就不是一颗完全成形的行星，而是两个直径约125英里的小天体碰撞后形成的不断膨胀的尘埃云。右边的图表是基于对膨胀和衰退云的模拟。该云团由非常细小的尘埃颗粒组成，目前估计直径超过2亿英里。这样的大碰撞估计每20万年在北落师门附近发生一次。因此，哈勃望远镜在正确的时间、正确的地点捕捉到了这一短暂的事件。 来源：NASA, ESA, and A. Gáspár and G. Rieke (University of Arizona) “北落师门恒星系统是我们的终极测试实验室，我们可以在这个恒星系统验证我们所有关于系外行星和恒星系统如何演化的想法，”亚利桑那大学斯图尔德天文台的乔治·瑞克补充道。“我们确实有证据表明在其他的天体系统中也有这样的碰撞发生，但是在我们的太阳系中还没有观察到如此大规模的碰撞。这是一个行星如何互相毁灭的蓝图。” 这颗疑似系外行星名为“北落师门b”(Fomalhaut b)，以2004年和2006年的观察数据为基础，于2008年首次公布。在哈勃望远镜几年的观测中，它清晰可见，这表明它是一个移动的点。在此之前，系外行星的存在证据大多是通过间接的探测方法推断出来的，比如恒星之间细微的来回摆动，以及行星从其恒星前方经过时所产生的阴影。 然而，与其他直接成像的系外行星不同，“北落师门b”本身有着很多谜团。这颗“行星”在可见光下非常明亮，这对于系外行星来说是很不寻常的，因为系外行星太小了，无法反射足够多的主恒星光线，因此无法从地球上看到它们。同时，“北落师门b”也没有任何可探测的红外线迹象，这极其不寻常，作为一个星球，特别是像北落师门b这么年轻的行星，它应该足够温暖，在红外线下可以发光才是。天文学家此前推测，这些额外的亮度可能来自一个巨大的外壳或者与碰撞相关的尘埃环。 加斯帕尔说：“我们的研究在分析了哈勃关于北落师门的所有资料之后揭示了几个特征，这些特征共同表明，这个行星大小的天体可能从一开始就不存在。” 该团队强调，在他们对哈勃2014年拍摄的图像进行数据分析时，他们才相信了这个结论，他们难以置信地发现该天体已经消失。他们说，更神秘的是早期的图像也已经显示随着时间的推移，这个天体还会不断褪色。加斯帕尔说：“很明显，北落师门b的表现并不像一颗真正的行星。” 对于这种现象，研究人员解释说这是因为北落师门b这一团由撞击产生的消散尘云正在缓慢地扩散到太空当中。考虑到所有的数据，加斯帕尔和瑞克认为这次碰撞发生在2004年第一次观测不久之前。现在，这个云团由大约1微米大小的尘埃颗粒组成，大约是人类头发直径的1/50，这些碎片云已经低于哈勃的探测极限。据估计，现在这团碎片云的扩散范围比地球围绕太阳公转的轨道还要大。 [rml_read_more] 这段视频模拟了天文学家们通过研究哈勃太空望远镜观测到的情况，他们认为这是在另一个恒星系统中首次探测到的泰坦尼克行星碰撞余波的证据。左边这张由哈勃望远镜拍摄的彩色图像显示了一个巨大的冰状碎片环，它环绕着25光年之外的北落师门。右边的动画图是对正在膨胀和消失的云团的模拟，基于哈勃望远镜多年的观测。 来源：NASA, ESA, and A. Gáspár and G. Rieke (University of Arizona) 同样让人困惑的是，在早期数据的轨迹图中加入后来的观察结果之后，研究小组报告说，该物体更有可能是在逃逸轨道上运行，而不是像人们预期的那样在椭圆轨道上运行。加斯帕尔说：“一个最近形成的巨大尘埃云在经历了来自中央恒星北落师门的巨大辐射力之后就可能会运行在这样的轨道上。我们的模型能够自然地解释天体系统的所有独立可观测参数：膨胀率、衰减和轨迹。” 因为北落师门b目前在环绕北落师门的一个巨大冰碎屑环内，所以碰撞的天体可能是冰和尘埃的混合物，就像太阳系外围柯伊伯带里的彗星一样。加斯帕尔和瑞克估计，这些类似彗星的碰撞天体直径约125英里，大约是小行星灶神星的一半大小。 作者说他们的模型解释了北落师门b的所有观测特征。研究人员在亚利桑那大学的计算机集群上对灰尘如何随着时间移动进行了复杂的建模，表明这样的模型能够定量拟合所有的观测结果。根据作者的计算，距离地球约25光年的北落师门星系可能每20万年才会发生一次这样的撞击事件。 NASA将会很快推出詹姆斯·韦伯太空望远镜，而在韦伯望远镜科学运行的第一年内，加斯帕尔和瑞克以及其他团队成员将会继续观测北落师门天体系统。该团队将对该天体系统内部的温暖区域进行直接成像，并将获得有关北落师门小行星带结构的详细信息，北落师门小行星带很难以捉摸，这还是人类首次在太阳系外的恒星系统中这样做。该团队还将会继续寻找围绕北落师门运行的其他真正行星。 这篇研究论文发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上，题为《新HST数据和模型揭示了围绕北落师门的一次大规模小行星体碰撞》(New HST data and modeling reveal a massive planetimal collision around Fomalhaut)。 哈勃太空望远镜是NASA与ESA（欧洲航天局）之间国际合作的项目。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）负责哈勃望远镜的科学运作。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/exoplanet-apparently-disappears-in-latest-hubble-observations

天文学家发现了宇宙杀手的最佳证据：一个被称为“中等质量”的神秘的黑洞，它撕裂了一颗离它太近的任性的恒星，从而暴露了它的存在。 黑洞的质量大约是太阳的5万倍，比位于大型星系核心的超大质量黑洞(数百万或数十亿倍太阳质量)要小，但比大质量恒星坍缩形成的恒星质量黑洞要大。 这些所谓的中等质量黑洞(IMBHs)是黑洞演化过程中一个长期寻找的“缺失环节”。尽管还有其他一些IMBH候选者，但研究人员认为这些新发现是迄今为止宇宙中黑洞的最有力证据。 它利用了两个X射线天文台的强大力量以及NASA哈勃太空望远镜的敏锐视野，最终锁定了这只宇宙怪兽。 这幅图描绘了一场宇宙间的谋杀。一颗恒星正在被一个包含数万个太阳质量的黑洞的强大引力撕碎。恒星残骸在黑洞周围形成了一个吸积盘。来自超高温气体盘的X射线光提醒天文学家黑洞的位置；否则它就会潜伏在黑暗中。这个神秘的物体被归类为中等质量黑洞(IMBH)，因为它比位于星系中心的巨型黑洞要小得多。因此，IMBHs大多是静止的，因为它们吸的物质不多，而且很难找到。哈勃望远镜的观测提供了证据，证明IMBH存在于一个稠密的星团中。星系团本身可能是矮星系的简化核心。 图片来源：NASA, ESA and D. Player (STScI) [rml_read_more] “中等质量的黑洞是非常神秘的物体，因此仔细考虑并为每个候选黑洞提供不同的解释是非常重要的。这就是哈勃望远镜为我们的候选黑洞所做的。”这项研究的首席研究员，新罕布什尔大学的林大成说。研究结果发表在2020年3月31日的《天体物理学杂志通讯》(Astrophysical Journal Letters)上。 这个发现的故事读起来就像夏洛克·福尔摩斯(Sherlock Holmes)的故事，需要一丝不苟、一步一步地构建案件，才能抓住罪犯。 林和他的团队使用哈勃望远镜追踪了美国宇航局钱德拉X射线天文台和欧洲航天局（欧洲航天局）X射线多镜任务（XMM-Newton）的线索。2006年，这些卫星探测到了强大的X射线耀斑，但无法确定它是起源于我们银河系的内部还是外部。研究人员认为，这是由于一颗恒星在过于接近一个引力强大的致密物体(如黑洞)后被撕裂造成的。 令人惊讶的是，这个名为3XMM J215022.4−055108的X射线源并不位于星系中心，而星系中心通常是大质量黑洞居住的地方。这使人们相信IMBH是罪魁祸首，但首先必须排除X射线耀斑的另一个可能来源：我们自己的银河系中的中子星，在加热到非常高的温度后会冷却下来。中子星是恒星爆炸后的残余物。 哈勃太空望远镜对准了X射线源，以确定其精确位置。高分辨率的深空成像提供了强有力的证据，证明X射线并非来自我们星系中的一个孤立源，而是来自另一个星系外围的一个遥远而稠密的星团——这正是天文学家期望发现IMBH的地方。哈勃（Hubble）先前的研究表明，星系中心的黑洞的质量与该星系的中央隆起成正比。换句话说，星系质量越大，黑洞质量就越大。因此，3XMM J215022.4−055108所在的星团可能是一个低质量矮星系的剥离核心，该矮星系由于其与当前更大的星系宿主的密切相互作用而受到引力和潮汐的干扰。 天文学家已经找到了被称为“中等质量”的神秘的黑洞的最佳证据，它撕裂了一颗离它太近的恒星，从而暴露了它的存在。这一令人兴奋的发现打开了一扇门，有可能会有更多的恒星潜伏在黑暗中，等着被离得太近的恒星发现。 来源：NASA’s Goddard Space Flight Center IMBH尤其难以发现，因为它们比超大质量黑洞小且活动性低。它们没有现成的燃料来源，也没有强大的引力来吸引恒星和其他会产生X射线光芒的宇宙物质。天文学家必须抓住一个正在吞噬恒星的黑洞。林和他的同事们对XMM-Newton数据档案进行了梳理，搜索了成千上万的观测结果，找到了一个IMBH候选者。 被撕碎的恒星发出的X射线使天文学家们得以估算出黑洞的质量为5万个太阳质量。黑洞的质量是根据X射线光度和光谱形状来估计的。“这比以往只使用X射线发光度来确定IMBH候选星系要可靠得多。”林说，“我们之所以可以用光谱拟合来估计我们的天体的IMBH质量，是因为它的光谱演化表明，它一直处于热光谱状态，这种状态在恒星质量的黑洞的吸积中很常见，也很容易理解。” 这张哈勃太空望远镜拍摄的图像确定了一个中等质量黑洞的位置，它的质量是太阳的5万倍(比星系中心的超大质量黑洞要小得多)。这个黑洞被命名为3XMM J215022.4−055108，用白色的圆圈表示。这种神秘的黑洞首次被发现是在一颗恒星被黑洞捕获并摧毁时，恒星释放出的热气体释放出的x射线。哈勃需要在可见光中精确定位黑洞的位置。哈勃的高分辨率深空成像显示，黑洞位于一个密集的恒星群中，远在我们的银河系之外。星系团位于图片中心的星系附近。看起来较小的背景星系似乎散布在图像周围，包括一个正面的旋臂就在中央前景星系的上方。这张照片是用哈勃先进的巡天照相机拍摄的。 来源：NASA, ESA and D. Lin (University of New Hampshire) 这个物体并不是第一个被认为可能是中等质量黑洞的候选者。2009年，哈勃太空望远镜与斯威夫特天文台(Swift observatory)和欧洲航天局(ESA)的XMM-Newton合作，确定了位于银河系ESO 243-49边缘的被称为IMBH（称为HLX-1）。它也位于一颗年轻的蓝色恒星团的中心，这可能是一个被剥夺的矮星系核心。X射线来自黑洞周围的热吸积盘。林说：“主要的区别在于，我们的目标正在撕裂一颗恒星，这提供了有力的证据，证明它是一个巨大的黑洞，而不是人们经常认为包括HLX-1在内的先前候选者的恒星质量的黑洞。” 发现这个IMBH后，可能会有更多的黑洞潜伏在黑暗中未被发现，等待着被一个离得太近的恒星暴露。林计划使用他的团队已被证明成功的方法继续进行细致的侦探工作。许多问题有待回答。IMBH是否会产生超大质量黑洞？IMBH本身如何形成？密集的星团是他们的最爱吗？ 哈勃太空望远镜是NASA与ESA（欧洲航天局）之间国际合作的项目。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市的太空望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃的科学运作。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/hubble-finds-best-evidence-for-elusive-mid-sized-black-hole