球状星团

詹姆斯·韦伯太空望远镜的NIRCam仪器拍摄到的球状星团M92的图像。该图像由四种不同滤镜的四次曝光合成而成：F090W（波长0.9微米）以蓝色显示；F150W（波长1.5微米）以青色显示；F277W（波长2.77微米）以黄色显示；F444W（波长4.44微米）以红色显示。中心的黑色条纹是芯片间隙，这是NIRCam的两个长波长检测器分离的结果。这个空隙覆盖了星团密集的中心，它太亮了，无法同时拍摄到星团较暗、较不致密的外围。这张图像的直径约为5弧分（39光年）。从太空望远镜科学研究所的资源库下载M92的全分辨率图像。 影像来源：NASA, ESA, CSA, A. Pagan (STScI). 编者按：本文重点介绍了韦伯科学进展中的数据，这些数据尚未通过同行评审。 2022年6月20日，詹姆斯·韦伯太空望远镜花了一个多小时观测梅西耶92（M92），这是一个27,000光年外的球状星团，位于银河系晕中。这项观测是韦伯进行的首批科学观测之一，是早期发布科学（ERS）项目1334的一部分，该计划是13个ERS项目之一，旨在帮助天文学家了解如何使用韦伯并充分利用其科学能力。 我们采访了意大利航天局的马特奥·科伦蒂；来自加州大学伯克利分校的亚历山德罗·萨维诺；罗格斯大学的罗杰·科恩；和雷神技术公司的安迪·多尔芬一起了解更多关于韦伯对M92的观测，以及该团队如何利用这些数据来帮助其他天文学家。(去年11月，克里斯滕·麦奎恩与我们谈论了她在矮星系WLM上的工作，这也是该计划的一部分。) 跟我们说说这个ERS项目。你想要完成什么? 亚历山德罗·萨维诺：这个特别的项目专注于解决恒星种群问题。这些是像M92这样的大恒星群，距离很近，韦伯可以分辨出系统中的单个恒星。从科学上讲，像这样的观测是非常令人兴奋的，因为正是从我们的宇宙邻居那里，我们学到了很多恒星和星系的物理知识，我们可以将这些知识转化到我们看到的更远的物体上。 马特奥·科伦蒂：我们也在努力更好地了解望远镜。该项目对于改善校准（确保所有测量尽可能准确）、改善其他天文学家和其他类似项目的数据非常重要。 你为什么决定特别研究M92 ? 萨维诺：像M92这样的球状星团对我们理解恒星演化非常重要。几十年来，它们一直是了解恒星如何工作、恒星如何演化的主要基准。M92是一个经典的球状星团。它就在附近；我们对它的认识相对较多；它是我们研究恒星演化和恒星系统的参考文献之一。 科伦蒂：M92之所以重要，另一个原因是它是银河系中最古老的球状星团之一，如果不是最古老的话。我们认为M92有120至130亿年的历史。它包含一些我们可以找到的最古老的恒星，或者至少我们能很好地分辨和表征它们。我们可以使用像这样的附近星团作为非常古老的宇宙的示踪剂。 罗杰·科恩：我们也选择了M92，因为它非常致密：有很多恒星紧密地聚集在一起。（星团中心的密度是太阳周围区域的数千倍。）通过观察M92，我们可以测试韦伯在这个特定区域中的表现，我们需要对距离非常近的恒星进行测量。 球状星团的哪些特征有助于研究恒星如何演化？ 安迪·多尔芬：一个主要的问题是M92中的大部分恒星可能在大致相同的时间形成，具有大致相同的元素组合，但质量范围很广。所以我们可以对这些特殊的恒星进行详细的观察。 萨维诺：此外，由于这些恒星都属于同一个天体（同一个球状星团M92），我们知道它们离我们的距离都差不多。这对我们有很大帮助，因为我们知道不同恒星之间的亮度差异一定是固有的，而不仅仅是与它们的距离有关。这使得与模型的比较变得更加容易。 哈勃太空望远镜和其他望远镜已经对这个星团进行了研究。我们能从韦伯身上看到什么我们之前没有看到的东西？ 科恩：韦伯望远镜和哈勃望远镜的一个重要区别是，韦伯望远镜工作在更长的波长上，在这个波长上，温度很低、质量很低的恒星会发出大部分的光。韦伯设计得很好，可以观察到非常冷的恒星。我们实际上能够到达质量最低的恒星——质量小于太阳质量0.1倍的恒星。这很有趣，因为这非常接近恒星不再是恒星的边界。（在这个边界以下是棕矮星，它们的质量很低，无法点燃核心中的氢。） 科伦蒂：韦伯也快得多。要用哈勃望远镜观察非常微弱的低质量恒星，需要数百小时的望远镜时间。对于韦伯来说，这只需要几个小时。 科恩：这些观测实际上并不是为了挑战望远镜的极限。因此，看到我们仍然能够探测到如此小而微弱的恒星，而不需要非常非常努力，这是非常令人鼓舞。 这些低质量恒星有什么有趣的呢? 萨维诺：首先，它们是宇宙中数量最多的恒星。其次，从理论的角度来看，它们非常有趣，因为它们一直很难观察和描述。特别是质量不到太阳一半的恒星，我们目前对恒星模型的理解有点不确定。 科伦蒂：研究这些低质量恒星发出的光也可以帮助我们更好地控制球状星团的年龄。这有助于我们更好地理解银河系的不同部分（如M92所在的银河系晕）是何时形成的。这对我们理解宇宙历史有影响。 看起来你拍摄的图像中间有很大的空隙。那是什么，为什么会在那里？ 多尔芬：这张照片是用韦伯的近红外相机（NIRCam）拍摄。NIRCam有两个模块，两者之间存在“芯片间隙”。星团的中心非常拥挤，非常明亮。这就限制了该地区数据的可用性。这些图像的位置与现有的哈勃数据重合得很好。 韦伯的NIRCam仪器拍摄到的球状星团M92的细节。此视野覆盖整个图像右半部的左下四分之一。球状星团是由紧密排列的恒星组成的致密团，它们都是在同一时间左右形成。在M92中，大约有30万颗恒星聚集成一个直径约100光年的球体。M92中心行星的夜空会闪耀着数千颗恒星，它们的亮度比地球天空中的恒星高出数千倍。这张照片显示了距离中心不同距离的恒星，这有助于天文学家了解星团中恒星的运动，以及这种运动的物理原理。从太空望远镜科学研究所下载M92的图像细节。 影像来源：NASA, ESA, CSA, A. Pagan (STScI). 你的主要目标之一是为其他科学家提供工具。让你特别兴奋的是什么? 多尔芬：我们开发并提供给天文界的关键资源之一是DOLPHOT NIRCam模块。这与一个用于自动检测和测量恒星和其他未解析物体（外观类似恒星的物体）亮度的现有软件配合使用。这是为哈勃望远镜上的相机开发。为NIRCam（以及为NIRISS（韦伯的另一个仪器）添加此模块，天文学家可以使用他们从哈勃获得的相同分析程序，同时还可以通过一次扫描分析哈勃和韦伯的数据来获得组合望远镜星表。 萨维诺：这是一个非常大的业界服务组成部分。这对每个人都有帮助。这使分析更加容易。 作者简介: 马特奥·科伦蒂是意大利航天局空间科学数据中心和意大利罗马国家天体物理研究所的研究员。 亚历山德罗·萨维诺是加州大学伯克利分校的博士后。 罗杰·科恩是新泽西州新不伦瑞克市罗格斯大学的博士后。 安迪·多尔芬是亚利桑那州图森市雷神技术公司的技术人员。 参考来源： https://blogs.nasa.gov/webb/2023/02/22/webb-observes-a-globular-cluster-sparkling-with-separate-stars/