韦伯太空望远镜揭示了极端星暴星系隐藏的秘密

　　哈勃太空望远镜于2006年观测到星暴星系M82，它显示了星系边缘的螺旋盘，破碎的云层和热氢气。詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到了M82的核心，以前所未有的细节捕捉到了星系风的结构，并描绘了单个恒星和星团的特征。来源:NASA, ESA, CSA, STScI, Alberto Bolatto (UMD)

　　美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜将目光投向了星爆星系梅西耶82 (M82)，这是一个小而强大的环境以快速恒星形成为特征的星系。通过韦伯灵敏的红外能力，一组科学家正在接近星系的核心:更好地了解它是如何形成恒星的，以及这种极端活动是如何影响整个星系的。

　　一组天文学家利用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜观测了星暴星系梅西耶82 (M82)。这个星系距离我们1200万光年远，位于大熊座，它的大小相对紧凑，但却有着疯狂的恒星形成活动。相比之下，M82孕育新恒星的速度是银河系的10倍。

　　在马里兰大学帕克分校的Alberto Bolatto的带领下，研究小组将韦伯的NIRCam(近红外相机)仪器对准了星暴星系的中心，更近距离地观察了促进新恒星形成的物理条件。

　　该研究的主要作者Bolatto说:“M82多年来已经获得了各种各样的观测结果，因为它可以被认为是典型的星暴星系。”美国宇航局的斯皮策和哈勃太空望远镜都观测到了这个目标。有了韦伯的大小和分辨率，我们可以看到这个恒星形成的星系，看到所有这些美丽的新细节。”

　　天文学家使用詹姆斯·韦伯太空望远镜观察M82的中心，在那里，由于恒星的快速形成和随后的超新星，一股星系风正在被发射出来。研究星系风可以让我们深入了解气体的流失如何影响星系未来的发展。这张来自韦伯的NIRCam(近红外相机)仪器的图像通过被称为多环芳烃(PAHs)的煤烟化学分子的发射显示了M82的星系风。多环芳烃是非常小的尘埃颗粒，在较低的温度下存活，但在高温条件下会被破坏。排放物的结构类似于热的电离气体，这表明多环芳烃可能通过分子气体的持续电离而得到补充。在这张图片中，3.35微米的光是红色的，2.50微米是绿色的，1.64微米是蓝色的(分别是过滤器F335M, F250M和F164N)。来源:NASA, ESA, CSA, STScI, Alberto Bolatto (UMD)

　　一个充满活力的明星社区

　　恒星的形成一直保持着神秘感，因为它被尘埃和气体的帷幕所笼罩，这给观察这一过程制造了障碍。幸运的是，韦伯的红外探测能力是在这种黑暗条件下导航的一项资产。此外，这些星暴中心的NIRCam图像是使用仪器模式获得的，这种模式可以防止非常明亮的光源压倒探测器。

　　即使在这张红外图像中，厚重尘埃的深棕色卷绕也贯穿了M82发光的白色核心，韦伯的NIRCam已经揭示了历史上被掩盖的细节。靠近中心，绿色的小斑点表示铁的集中区域，其中大部分是超新星遗迹。呈现红色的小块表示氢分子被附近年轻恒星的辐射照亮的区域。

　　“这张照片显示了韦伯的力量，”该研究的第二作者、图森亚利桑那大学的丽贝卡·利维(Rebecca Levy)说。“图像中的每一个白点要么是一颗恒星，要么是一个星团。我们可以开始区分所有这些微小的点源，这使我们能够获得这个星系中所有星团的准确计数。”

　　一组天文学家利用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜观测了位于大熊座1200万光年外的星爆星系梅西耶82 (M82)。M82拥有疯狂的恒星形成，新恒星的发芽速度是银河系的10倍。韦伯望远镜的红外探测能力使科学家们能够透过尘埃和气体的帘子观察恒星的形成过程，这些尘埃和气体在历史上掩盖了恒星的形成过程。这张来自韦伯的NIRCam(近红外相机)仪器的图像以前所未有的细节显示了M82的中心。借助韦伯望远镜的分辨率，天文学家可以分辨出小而明亮的致密源，它们要么是单个恒星，要么是星团。获得组成M82中心的恒星和星团的准确数量可以帮助天文学家了解恒星形成的不同阶段和每个阶段的时间线。在这张图片中，2.12微米的光是红色的，1.64微米是绿色的，1.40微米是蓝色的(分别是过滤器F212N, 164N和F140M)。来源:NASA, ESA, CSA, STScI, Alberto Bolatto (UMD)

　　在活泼的环境中寻找结构

　　用稍长的红外线波长观察M82，可以看到红色的块状卷须在星系平面上下延伸。这些气体飘带是从星暴核心冲出来的星系风。

　　这个研究小组的一个重点领域是了解这种星系风是如何被发射出来并影响周围环境的，这种风是由恒星形成的快速速度和随后的超新星引起的。通过分析M82的中心部分，科学家们可以研究风的起源，并深入了解风中的冷热成分是如何相互作用的。

　　韦伯的NIRCam仪器非常适合通过被称为多环芳烃(PAHs)的煤烟化学分子的发射来追踪星系风的结构。多环芳烃可以被认为是非常小的尘埃颗粒，在较低的温度下存活，但在炎热的条件下被破坏。

　　令研究小组惊讶的是，韦伯对多环芳烃发射的观测突出了星系风的精细结构——这是一个以前不为人知的方面。被描绘成红色细丝的辐射从恒星形成的核心所在的中心区域向外延伸。另一个意想不到的发现是多环芳烃排放物与热电离气体之间的相似结构。

　　“看到多环芳烃排放类似于电离气体是出乎意料的，”Bolatto说。“多环芳烃在暴露于如此强的辐射场时不应该存活很长时间，所以它们可能一直在补充。它挑战了我们的理论，并告诉我们需要进一步的调查。”

　　由韦伯的NIRCam(近红外相机)仪器拍摄的星暴星系Messier 82的注释图像，有罗盘箭头，比尺和色键作为参考。北面和东面的罗盘箭头表示图像在天空中的方向。请注意，天空中北方和东方之间的关系(从下面看)相对于地面地图上的方向箭头(从上面看)是翻转的。比例尺以光年为单位标注。这张照片显示了不可见的近红外波长的光被转换成可见光的颜色。彩色键显示在收集光线时使用了NIRCam滤光片。每个滤光片名称的颜色是用来表示通过该滤光片的红外光的可见光颜色。来源:NASA, ESA, CSA, STScI, Alberto Bolatto (UMD)

　　照亮前进的道路

　　韦伯在近红外光下对M82的观测引发了关于恒星形成的进一步问题，研究小组希望通过韦伯收集的额外数据来回答其中一些问题，包括另一个星暴星系的数据。该小组的另外两篇论文描述了M82的星团特征以及风成分之间的相关性，几乎已经完成。

　　在不久的将来，该团队将从韦伯望远镜上获得M82的光谱观测数据，并为他们的分析做好准备，同时还将获得星系和风的补充大尺度图像。光谱数据将帮助天文学家确定星团的准确年龄，并提供在星暴星系环境中恒星形成的每个阶段持续多长时间的时序。在更广泛的范围内，观测像M82这样的星系的活动可以加深天文学家对早期宇宙的理解。

　　“韦伯对M82的观测，一个离我们更近的目标，提醒我们望远镜在研究所有距离的星系方面都很出色，”Bolatto说。“除了观察年轻的高红移星系外，我们还可以观察离家更近的目标，以了解这里正在发生的过程——早期宇宙中也发生过的事件。”

　　这些发现已被《天体物理学杂志》接受发表。

　　詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦伯正在解开我们太阳系的谜团，放眼其他恒星周围的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源，以及我们在其中的位置。韦伯是一个国际化的人美国国家航空航天局(NASA)及其合作伙伴欧洲航天局(ESA)和加拿大航天局(Canadian Space Agency)共同领导了这一项目。