经过数小时目不转睛地凝视一小片天空,詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST)为我们提供了有史以来最详尽的宇宙一角地图。
这片区域被称为COSMOS-Web天区,如果这个名字听起来很熟悉,那可能是因为就在一个月前发布了一张该区域令人惊叹的图像。然而,那只是如今成果的一小部分。
完整的交互式地图及所有数据刚刚发布,这张地图所涵盖的星系数量远远超过著名的哈勃超深场的1万个星系。新地图包含近80万个星系,有望开启探索宇宙最深处的新时代。
“我们的目标是构建这片深空区域的地图,其物理尺度远远超过以往任何研究,” 加州大学圣巴巴拉分校的物理学家凯特琳·凯西说道,她与罗切斯特理工学院的杰伊汉·卡尔塔尔泰佩共同领导了COSMOS合作项目。
“如果你把哈勃超深场打印在一张标准纸张上,那么我们的图像在同样深度下,会比一幅13英尺见方的壁画略大一些。所以它真的非常大。”
JWST是我们了解宇宙黎明时期的最大希望,宇宙黎明是指大约138亿年前大爆炸之后的最初10亿年左右。这一宇宙时期极难观测:它非常遥远,光线也极其微弱。由于宇宙在膨胀,从更遥远地方传播到我们这里的光被拉伸成更长的红色波长。
凭借其强大的分辨率和红外探测能力,JWST正是为这类观测而设计的:寻找来自时间开端的微弱光线,这些光线能让我们了解造就如今所见宇宙的各种过程。
COSMOS-Web图像覆盖的天空区域比7.5个满月的面积略大,能回溯到135亿年前,那时弥漫在早期宇宙中的不透明原始迷雾刚刚开始消散。
在那里,研究人员不仅在寻找早期星系,他们还在寻找一整个宇宙生态系统——由暗物质构成的宇宙网络所束缚的天体之间相互作用的引力之舞,这一网络遍布整个宇宙。
到目前为止,JWST收集的数据表明,即便结合哈勃的数据,我们对于宇宙黎明时期所隐藏奥秘的了解也只是冰山一角。
凯西说:“大爆炸发生后,物质需要时间通过引力坍缩形成天体,恒星才会发光。这其中存在一个时间尺度。”
“令人惊讶的是,通过JWST,我们在这些极其遥远的地方看到的星系数量大约是预期的十倍。我们还看到了哈勃甚至无法观测到的超大质量黑洞。”
如此众多结构完整的星系不仅让天文学家感到惊讶,也给他们出了一道亟待解决的难题。根据我们目前对星系演化的理解,自大爆炸以来的时间不足以让这些星系形成。
哪怕只有一个这样的星系就已经令人费解了 —— 但JWST发现的数量之多简直超乎想象。不过,由于数据集免费提供给所有想要尝试的人,我们或许能得到一些答案。
凯西说:“这个项目的一个重要部分是科学的民主化,让更广泛的群体能够使用来自最先进望远镜的工具和数据。”
“当每个人从不同角度思考同一数据集时,才能真正做出最好的科学研究。探索这些奥秘不只是某一群人的事。”
关于这些数据的论文已提交至《天体物理学杂志》和《天文学与天体物理学》。与此同时,你可以访问COSMOS – Web交互式网站,尽情在宇宙中缩放,几乎能回溯到时间的开端。
这么多星系都观测到了,真的能帮助我们理解宇宙吗?