哈勃,韦伯和寻找第一光星系 2017-05-05 12:20:01

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当奥巴马政府在2月份公布其提议的美国宇航局预算时,全球天文学家松了一口气尽管其他地区大幅削减,詹姆斯韦伯太空望远镜的资金仍然维持建造和安装望远镜的成本将达到80亿美元 - 单个科学设施的大量资金该项目在十年的最佳时期也遭受了相当大的延迟,甚至有望在去年被取消

那么为什么天文学家如此努力地争取让项目回到正轨

很简单,它是有史以来最成功的科学设施之一的继承者 - 哈勃太空望远镜大约21年前,我刚刚完成天文学博士学位,坐在荷兰的一家酒吧看电视新闻一个故事关于哈勃的光学是如何严重缺陷以及它的视觉是如何过于近视这个故事给我带来了巨大的影响,因为我即将开始我的第一个真正的天文学工作 - 分析哈勃自己的图像幸运的是,我有一些有趣的基础 - 在航天飞机返回哈勃并安装矫正光学器件之前,基于天文学做了几年现在,在2012年,哈勃已经处于老年但仍然很强大(直到2013年它才会“脱轨”自从望远镜首次发射以来的22年中,有超过10,000种科学出版物来自其数据它已经产生了大量的天文学发现,包括:但对我来说,最具超验性的东西是来自哈勃望远镜是其他望远镜无法做到的事情 - 捕捉宇宙中星系早期生命的第一张照片在我的职业生涯早期(20世纪90年代初期),我广泛研究了从地面采集的遥远星系的图像 - 基于望远镜我的研究是关于星系演化和仅用几个小时的曝光,当时新的CCD相机将揭示数百个星系 - 我们认为距离数十亿光年的星系唯一的问题是那些星系很小,模糊斑点这是因为无论你的望远镜有多大,大气的湍流限制了可实现的角分辨率(成像设备可以区分两个独立物体的最小角度)附近的星系显示出美丽的对称螺旋和椭圆形结构,但我们无法看到超越附近的宇宙来回答最基本的物理问题:早期星系是什么样的

超越这个观看限制是哈勃建造的两个主要原因之一(另一个是确定宇宙膨胀率)从地球大气层上方观察宇宙,让哈勃望远镜可以通过一个24米的镜子获得全分辨率 - 十时间比从地球拍摄的图像更清晰当我们的计算机屏幕上出现第一个深哈密图像时(镜头校正后) - 它们实际上是令人jaw目结舌的我们会盯着他们看几个小时,第一次被看到的经历所吸引多年来我们一直在努力的事情哈勃望远镜的图像揭示了星系群体的物理变化

当我们回顾过去时,我们可以看到可以看到螺旋或椭圆的星系,但我们也看到了一个迅速增加的星系数量,这些星系看起来不平衡或者畸形我们在结构演化的早期阶段就看到了星系;在它们沉淀成规则形状之前的一段时间这些星系中有许多都有巨大的恒星形成区域,这使得它们看起来非常凹凸不平当然我们写了很多关于这些发现的论文,但即使在今天我们仍然在研究物理模型到解释这些星系结构如何随着时间的推移而积累和演变这个早期的工作“仅”回顾了大约50亿年以来从那时起,重复的宇航员访问哈勃望远镜已经逐步为望远镜配备了更好的摄像机和望远镜用于“哈勃望远镜”的时间量菲尔兹“已经增加了我们现在拥有100亿年前非常好的星系图像 - 我们宇宙中80%的恒星形成于具有湍流富含气体的圆盘的年轻星系中

哈勃望远镜的极限现在正接近星系130亿年前此时只有少数星系形成,而且它们很小所以还有什么需要寻找的

只有我们现在认为宇宙的一切都是1370亿年前,最初的7亿年是新发现中最有趣和最成熟的时期这是宇宙的第一颗恒星形成的时代这些恒星不能像今天的恒星一样形成,因为缺乏比氢和氦重的元素这是天文学中的“鸡与蛋”问题 - 重元素允许气体有效地冷却并坍塌形成恒星,但是首先要制造重元素,你需要恒星!我们宇宙的第一颗恒星形成的方式,地点和时间是天文学的一大挑战我们认为第一颗恒星是怪物;天文学家称之为“人口III”的恒星在他们非常短暂的生命中,这些恒星改变了宇宙的基本状态

首先,他们的光可能被电离(给予正电荷或负电荷)宇宙中的所有气体,从而形成星际我们今天看到的媒介这些第一颗恒星然后用重元素污染了介质这为更成熟的星系和像我们自己的太阳这样的常规星星的形成奠定了基础这个名为First Light的时代在某种程度上是圣杯宇宙学是宇宙引起复杂的时候第一光的承诺是为什么天文学家如此热衷于确保詹姆斯·韦伯太空望远镜望远镜的未来超越所有其他事物寻找第一光之物体是韦伯的中心目标他们是望远镜正在建造的原因,为什么它针对近红外线(电磁波谱的一个看不见的区域)进行了优化,以及为什么它被发射到前者超越月球的轨道,而不是像哈勃这样的近地轨道运气好的,韦伯望远镜将在2018年离开地球,第一批图像将在2019年的某个时间回到地球上我完全期望这些图像如同令人惊讶和美丽,作为哈勃望远镜时代的第一张照片我们只能希望另一代年轻科学家会发现这些图像令人惊叹,因为我在那些年前发现了第一张哈勃望远镜图像

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