JADES深場利用美國國家航空航天局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）拍攝的觀測結(jié)果顯示了新發(fā)現(xiàn)的超新星爆炸的位置（圖片來源：uux.cn美國國家航空局、歐空局、星發(fā)現(xiàn)機(jī)現(xiàn)CSA、器詹STScI、韋伯望遠(yuǎn)JADES Collaboration）
（神秘的太空地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（Robert Lea）：當(dāng)談到尋找早期宇宙中大質(zhì)量恒星的爆炸性死亡時，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）是鏡發(fā)記錄一個相當(dāng)出色的宇宙?zhèn)商健＿@位天體級的最遙福爾摩斯在一臂之遙的米粒般寬的天空中發(fā)現(xiàn)了80顆新的早期超新星的證據(jù)。
這不僅是恒星早期宇宙史上發(fā)現(xiàn)的超新星的10倍，而且樣本中還包括有史以來最早和最遠(yuǎn)的爆炸超新星。它是超新在138億年前的宇宙只有18億年的時候爆炸的。
JWST高級深星系外巡天（JADES）項(xiàng)目的星發(fā)現(xiàn)機(jī)現(xiàn)數(shù)據(jù)幫助一組科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了這一前所未有的超新星，其中還包括天文學(xué)家稱之為“標(biāo)準(zhǔn)蠟燭”的器詹Ia型爆炸，可以用來測量宇宙距離。韋伯望遠(yuǎn)
在JWST于2022年夏天開始運(yùn)行之前，太空只有少數(shù)超新星被發(fā)現(xiàn)，鏡發(fā)記錄可以追溯到宇宙只有33億年的時候，相當(dāng)于目前年齡的25%左右。然而，JADES的樣本中包含了許多超新星，這些超新星在過去爆炸得更遠(yuǎn)。事實(shí)上，有些在宇宙不到20億年的時候就爆發(fā)了。
“JWST是一臺超新星發(fā)現(xiàn)機(jī)器，”團(tuán)隊(duì)成員克里斯塔·德庫西在一份聲明中說，她是斯圖爾特天文臺和圖森亞利桑那大學(xué)的三年級研究生。“探測的絕對數(shù)量加上與這些超新星的遙遠(yuǎn)距離是我們調(diào)查中最令人興奮的兩個結(jié)果。”
JWST無與倫比的紅外靈敏度意味著它幾乎在宇宙中的任何地方都能發(fā)現(xiàn)超新星。
超新星偵探
當(dāng)光波長穿過宇宙時，空間結(jié)構(gòu)的膨脹會延伸出這些波長。這導(dǎo)致光在電磁光譜中進(jìn)一步向下移動，從較藍(lán)的一端向較紅的一端緩慢移動。這種現(xiàn)象被稱為“紅移”
光在太空中傳播的時間越長，它所經(jīng)歷的紅移程度就越極端。因此，來自120億光年外天體的光，如這些超新星，經(jīng)歷了極端的波長延長，或“宇宙學(xué)紅移”
這將超新星的光向下轉(zhuǎn)移到電磁光譜的紅外區(qū)域，JWST擅長在這個區(qū)域觀察宇宙。
顯示波長與各種類型光之間關(guān)系的電磁光譜。紅移可以看到光從可見光譜和上方向下移動到紅外區(qū)域。（圖片來源：uux.cn美國國家航空航天局的《想象宇宙》）
哈勃太空望遠(yuǎn)鏡此前曾允許天文學(xué)家觀察到宇宙處于“年輕人”階段時存在的遙遠(yuǎn)超新星。然而，通過JADES和JWST，天文學(xué)家可以在宇宙處于“十幾歲”甚至“十幾歲前”時觀測到超新星
未來，科學(xué)家們希望回顧宇宙的“蹣跚學(xué)步”階段，甚至是宇宙的嬰兒期，理想情況下是偶然發(fā)現(xiàn)第一代大質(zhì)量恒星的死亡。
為了獲得這一新的超新星觀測序列，JADES團(tuán)隊(duì)以一年的間隔拍攝了同一片天空的多張圖像。然后，他們對圖像進(jìn)行了比較。因?yàn)槌滦鞘恰八沧儭钡模馕吨鼈儠S著時間的推移而變亮和褪色，觀察圖像的變化可以讓科學(xué)家區(qū)分哪些光點(diǎn)確實(shí)是恒星爆炸，哪些可能是其他現(xiàn)象。
位于馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所（STScI）的美國國家航空航天局愛因斯坦研究員賈斯汀·皮雷爾在聲明中說：“這真的是我們第一個了解高紅移宇宙在瞬態(tài)科學(xué)中的樣子的樣本。”。“我們正在努力確定遙遠(yuǎn)的超新星是否與我們在附近宇宙中看到的有根本不同或非常相似。”
一幅插圖顯示，一顆白矮星以伴星為食，開始在Ia型超新星中爆發(fā)（圖片來源：uux.cn/Robert Lea（與Canva共同創(chuàng)作））
JADES團(tuán)隊(duì)看到的并非所有超新星都是“核心坍塌”超新星，這是由大質(zhì)量恒星耗盡核心核聚變所需的燃料供應(yīng)，在自身重力作用下坍塌，產(chǎn)生黑洞或中子星而引發(fā)的。
如前所述，其中一些是Ia型超新星，是由被稱為“白矮星”的恒星尸體以從伴星或供體星上剝離的物質(zhì)為食而引發(fā)的。這些物質(zhì)堆積在白矮星的表面，直到它引發(fā)失控的熱核爆炸，徹底摧毀白矮星。
這些事件的光輸出是均勻的，具有相同的內(nèi)在亮度，似乎與距離無關(guān)。這意味著它們可以用作測量距離的宇宙標(biāo)尺，也可以用作測量空間結(jié)構(gòu)膨脹速度的標(biāo)記。然而，如果Ia型超新星的內(nèi)在亮度在高紅移時發(fā)生變化，它們在測量大宇宙距離方面的效用將受到限制。
該團(tuán)隊(duì)對大約110億年前爆發(fā)的Ia型火山的觀測表明，盡管其光線發(fā)生了宇宙學(xué)紅移，但其亮度沒有變化。
“青少年時代”的宇宙與我們今天看到的大不相同，有著更加極端的環(huán)境。此外，由于當(dāng)時宇宙主要是氫和氦，天文學(xué)家預(yù)計(jì)會看到由恒星死亡引發(fā)的古代超新星，這些恒星所含的重化學(xué)元素或“金屬”比當(dāng)前一代的“富含金屬”恒星（如太陽）少得多。
因此，將這些古老的超新星與在本地宇宙中爆炸的大質(zhì)量恒星進(jìn)行比較，可以幫助科學(xué)家更好地了解恒星在形成過程中是如何被早期恒星鍛造的金屬富集的，并在它們死亡時在宇宙中傳播。
JADES超新星光譜分析的負(fù)責(zé)人Matthew Siebert說：“我們本質(zhì)上是在打開一扇關(guān)于瞬態(tài)宇宙的新窗口。”。“從歷史上看，每當(dāng)我們這樣做時，我們都會發(fā)現(xiàn)非常令人興奮的事情——那些我們沒有想到的事情。”
該團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)于周一（6月10日）在威斯康星州麥迪遜舉行的美國天文學(xué)會第244次會議的新聞發(fā)布會上發(fā)表。
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