1.最深的宇宙红外图像

美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜提供了迄今为止最深、最清晰的遥远宇宙红外图像。韦伯的第一个深场是星系团 SMACS 0723，它充满了数千个星系——包括在红外线中观察到的最微弱的物体。

韦伯的图像大约有伸手可及的一粒沙子那么大，是浩瀚宇宙的一小部分。这个星系团的总质量就像一个引力透镜，放大了更遥远的星系，包括一些在宇宙年龄不到 10 亿年时看到的星系。这个由韦伯的近红外相机(NIRCam)拍摄的深场是由不同波长的图像合成的，总共需要 12.5 小时 - 达到了哈勃太空望远镜最深场之外的红外波长深度，这需要数周时间。而这仅仅是开始。研究人员将继续使用韦伯进行更长时间的曝光，以揭示更多我们广阔的宇宙。

这张图片显示了 46 亿年前出现的星系团 SMACS 0723，在该星系团的前后还有更多的星系。随着研究人员开始深入挖掘韦伯的数据，关于这个集群的更多信息将被揭示。该场也由韦伯的中红外仪器(MIRI) 成像，该仪器观察中红外光。

韦伯的MIRI 图像提供了万花筒般的色彩，并突出了尘埃所在的位置——这是恒星形成的主要成分，最终也是生命本身。蓝色星系包含恒星，但很少有尘埃。这个领域的红色物体被厚厚的尘埃层所笼罩。绿色星系充满了碳氢化合物和其他化合物。研究人员将能够使用这些数据来了解星系是如何形成、成长和相互融合的，以及在某些情况下为什么它们会完全停止形成恒星。

最后，韦伯的近红外成像仪和无狭缝光谱仪(NIRISS) 使用宽视场无狭缝光谱法一次捕获整个视野中所有物体的光谱。在这些结果中，证明了其中一个星系具有镜像。

2.宇宙悬崖，恒星诞生的闪闪发光的景观

这片“山脉”和“山谷”点缀着闪闪发光的星星的景观实际上是船底座星云中一个名为 NGC 3324 的附近年轻的恒星形成区域的边缘。这张由美国宇航局新的詹姆斯韦伯太空望远镜在红外光下拍摄的图像首次揭示了以前不可见的恒星诞生区域。

被称为宇宙悬崖的韦伯看似 3D 的画面看起来就像月光下的夜晚崎岖的山脉。实际上，它是 NGC 3324 内巨大的气态空腔的边缘，这张图像中最高的“山峰”大约有 7 光年高。这个海绵状区域是由星云中的强烈紫外线辐射和恒星风从位于气泡中心的超大质量、炽热的年轻恒星中雕刻出来的，位于该图像所示区域的上方。

来自年轻恒星的起泡紫外线辐射正在通过缓慢侵蚀星云的壁来雕刻它。巨大的柱子耸立在发光的气体墙上方，抵抗这种辐射。看似从天体“山脉”升起的“蒸汽”实际上是由于无情的辐射而从星云中流出的热电离气体和热尘埃。

韦伯揭示了完全隐藏在可见光图片中的新兴恒星托儿所和个别恒星。由于韦伯对红外光的敏感性，它可以透过宇宙尘埃看到这些物体。在这张图片中清晰出现的原恒星喷流是从其中一些年轻恒星中射出的。最年轻的来源在云的黑暗、尘土飞扬的区域显示为红点。处于恒星形成最早、快速阶段的物体很难捕捉到，但韦伯极高的灵敏度、空间分辨率和成像能力可以记录这些难以捉摸的事件。

这些对 NGC 3324 的观测将揭示恒星形成的过程。恒星诞生随着时间的推移而传播，由侵蚀空腔的扩张引发。当明亮的电离边缘移入星云时，它会慢慢推入气体和尘埃。如果边缘遇到任何不稳定的材料，增加的压力将触发材料坍塌并形成新的恒星。

相反，这种类型的干扰也可能会阻止恒星形成，因为造星物质被侵蚀掉了。这是激发恒星形成和停止恒星形成之间非常微妙的平衡。韦伯将解决现代天体物理学的一些重大而开放的问题：是什么决定了在某个区域形成的恒星数量？为什么恒星会以一定的质量形成？

韦伯还将揭示恒星形成对巨大气体和尘埃云演化的影响。虽然大质量恒星的影响——它们的狂风和高能量——通常很明显，但人们对更多的低质量恒星的影响知之甚少。当它们形成时，这些较小的恒星会产生狭窄的、相对的喷流，这可以向云层注入大量的动量和能量。这减少了孕育新恒星的星云物质的比例。

到目前为止，科学家们几乎没有关于众多年轻且更有活力的低质量恒星的影响的数据。有了韦伯，他们将能够获得关于他们在整个星云中的数量和影响的完整普查。

NGC 3324 位于大约 7,600 光年之外，由韦伯的近红外相机 ( NIRCam ) 和中红外仪器 ( MIRI ) 拍摄。

NIRCam - 凭借其清晰的分辨率和无与伦比的灵敏度 - 揭示了数百个以前隐藏的恒星，甚至是众多的背景星系。

在 MIRI 看来，年轻的恒星和它们尘土飞扬的行星形成圆盘在中红外线中发出明亮的光芒，呈现出粉红色和红色。MIRI 揭示了嵌入尘埃中的结构，并揭示了大规模喷流和外流的恒星来源。在 MIRI 的作用下，山脊表面的热尘埃、碳氢化合物和其他化合物会发光，呈现出锯齿状岩石的外观。

NGC 3324 于 1826 年由 James Dunlop 首次编目。从南半球可见，它位于船底座星云 (NGC 3372) 的西北角，该星云位于船底座。船底座星云是钥匙孔星云和活跃、不稳定的超巨星 Eta Carinae 的所在地。

3.星系演化和黑洞

斯蒂芬的五重奏是五个星系的视觉组合，最出名的是在假日经典电影“这是一个美好的生活”中的突出表现。今天，美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜以新的视角揭示了斯蒂芬的五重奏。这幅巨大的马赛克是韦伯迄今为止最大的图像，覆盖了月球直径的约五分之一。它包含超过 1.5 亿像素，由近 1,000 个单独的图像文件构成。来自韦伯的信息为星系相互作用如何推动早期宇宙中的星系演化提供了新的见解。

凭借其强大的红外视觉和极高的空间分辨率，韦伯展示了这个星系群中前所未有的细节。数以百万计的年轻恒星闪闪发光的星团和新恒星诞生的星暴区域为这幅图像增光添彩。由于引力相互作用，气体、尘埃和恒星的扫尾正在从几个星系中拉出。最引人注目的是，当其中一个星系 NGC 7318B 穿过星团时，韦伯捕捉到了巨大的冲击波。

史蒂芬五重奏的五个星系一起也被称为希克森紧凑群 92 (HCG 92)。尽管被称为“五重奏”，但只有四个星系真正靠得很近，并陷入了宇宙之舞。与其他四个星系相比，第五个也是最左边的星系 NGC 7320 位于前景中。NGC 7320 距离地球 4000 万光年，而其他四个星系（NGC 7317、NGC 7318A、NGC 7318B 和 NGC 7319）距离地球约 2.9 亿光年。与数十亿光年之外的更遥远的星系相比，这在宇宙方面仍然相当接近。研究像这样相对较近的星系有助于科学家更好地了解在更遥远的宇宙中看到的结构。

这种接近性为天文学家提供了一个环边座位，可以见证对所有星系演化至关重要的星系之间的合并和相互作用。科学家们很少能如此详细地看到相互作用的星系如何触发彼此的恒星形成，以及这些星系中的气体是如何受到干扰的。Stephan’s Quintet 是一个奇妙的“实验室”，用于研究所有星系的基本过程。

像这样的紧密星系团在早期宇宙中可能更为常见，因为它们过热的下落物质可能为被称为类星体的高能黑洞提供燃料。即使在今天，该组中最高的星系 NGC 7319 也拥有一个活跃的星系核，这是一个超大质量黑洞，其质量是太阳质量的 2400 万倍。它正在积极吸收物质并释放出相当于 400 亿个太阳的光能。

韦伯使用近红外光谱仪 ( NIRSpec ) 和中红外仪器 ( MIRI )详细研究了活动星系核。这些仪器的积分场单元 ( IFU ) - 是相机和光谱仪的组合- 为韦伯团队提供了一个“数据立方体”，或银河核心光谱特征的图像集合。

与医学磁共振成像 (MRI) 非常相似，IFU 允许科学家将信息“切片”成许多图像以进行详细研究。韦伯刺穿了围绕原子核的尘埃罩，揭示了活跃黑洞附近的热气体，并测量了明亮外流的速度。望远镜以前所未有的细节水平看到了这些由黑洞驱动的流出物。

在 NGC 7320（视觉组中最左侧和最近的星系）中，韦伯能够分辨出单个恒星，甚至是星系的明亮核心。

作为奖励，韦伯揭示了数千个遥远背景星系的浩瀚海洋，让人想起哈勃的深场。

结合来自 MIRI 和近红外相机 ( NIRCam ) 的斯蒂芬五重奏有史以来最详细的红外图像，韦伯的数据将提供大量有价值的新信息。例如，它将帮助科学家了解超大质量黑洞的进食和生长速度。韦伯还可以更直接地看到恒星形成区域，并且能够检查尘埃的发射——这是迄今为止无法获得的细节水平。

斯蒂芬五重奏位于飞马座，由法国天文学家爱德华·斯蒂芬于 1877 年发现。

4.垂死之星的最终“表演”

有些明星会把最好的留到最后。

数千年来，位于该场景中心的较暗恒星一直在向各个方向发射气体和尘埃环，美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜首次揭示这颗恒星被尘埃所掩盖。

韦伯号上的两台相机捕捉到了这个行星状星云的最新图像，编号为 NGC 3132，非正式地称为南环星云。它距离我们大约 2,500 光年。

韦伯将允许天文学家深入研究像这样的行星状星云的更多细节——垂死的恒星排出的气体和尘埃云。了解存在哪些分子，以及它们在气体和尘埃壳中的位置将有助于研究人员完善他们对这些物体的了解。

这个观察显示南环星云几乎是正面的，但如果我们可以旋转它以正面观察它，它的三维形状会更清楚地看起来像两个放在底部的碗，彼此分开，开口中间的大洞。

两颗被锁定在紧密轨道上的恒星塑造了当地的景观。韦伯的红外图像展示了这个复杂系统的新细节。左边的韦伯近红外相机(NIRCam)拍摄的图像中，星星和它们的光层非常突出，而右边韦伯的中红外仪器(MIRI) 拍摄的图像第一次显示了第二个星被尘埃包围。较亮的恒星处于其恒星演化的早期阶段，未来可能会喷出自己的行星状星云。

与此同时，更亮的恒星会影响星云的外观。当这对继续相互绕行时，它们会“搅动”气体和尘埃的锅，从而产生不对称的图案。

每个贝壳都代表了一个较暗的恒星失去了一些质量的情节。朝向图像外部区域的最宽的气体壳较早地被喷出。最接近恒星的那些是最近的。追踪这些喷射可以让研究人员了解系统的历史。

使用 NIRCam 进行的观测还揭示了行星状星云周围极细的光线。来自中心恒星的星光从气体和尘埃中的孔洞流出——就像阳光穿过云层的缝隙一样。

由于行星状星云存在了数万年，因此观察星云就像是在看一部极其慢动作的电影。恒星喷出的每一个外壳都使研究人员能够精确测量其中存在的气体和尘埃。

当恒星喷射物质外壳时，尘埃和分子在其中形成——即使恒星继续喷射物质，也会改变景观。这些尘埃最终会丰富它周围的区域，扩展成所谓的星际介质。而且由于它的寿命很长，尘埃最终可能会穿越太空数十亿年，并融入一颗新的恒星或行星。

几千年后，这些微妙的气体和尘埃层将消散到周围的空间中。

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