一組天文學(xué)家利用美國(guó)宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了星暴星系梅西耶82 (M82)。這個(gè)星系距離我們1200萬(wàn)光年遠(yuǎn)，位于大熊座，它的大小相對(duì)緊湊，但卻有著瘋狂的恒星形成活動(dòng)。相比之下，M82孕育新恒星的速度是銀河系的10倍。

在馬里蘭大學(xué)帕克分校的Alberto Bolatto的帶領(lǐng)下，研究小組將韋伯的NIRCam(近紅外相機(jī))儀器對(duì)準(zhǔn)了星暴星系的中心，更近距離地觀察了促進(jìn)新恒星形成的物理?xiàng)l件。

該研究的主要作者Bolatto說(shuō):“M82多年來(lái)已經(jīng)獲得了各種各樣的觀測(cè)結(jié)果，因?yàn)樗梢员徽J(rèn)為是典型的星暴星系?！泵绹?guó)宇航局的斯皮策和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡都觀測(cè)到了這個(gè)目標(biāo)。有了韋伯的大小和分辨率，我們可以看到這個(gè)恒星形成的星系，看到所有這些美麗的新細(xì)節(jié)?！?/p>

一個(gè)充滿活力的明星社區(qū)

恒星的形成一直保持著神秘感，因?yàn)樗粔m埃和氣體的帷幕所籠罩，這給觀察這一過(guò)程制造了障礙。幸運(yùn)的是，韋伯的紅外探測(cè)能力是在這種黑暗條件下導(dǎo)航的一項(xiàng)資產(chǎn)。此外，這些星暴中心的NIRCam圖像是使用儀器模式獲得的，這種模式可以防止非常明亮的光源壓倒探測(cè)器。

即使在這張紅外圖像中，厚重塵埃的深棕色卷繞也貫穿了M82發(fā)光的白色核心，韋伯的NIRCam已經(jīng)揭示了歷史上被掩蓋的細(xì)節(jié)。靠近中心，綠色的小斑點(diǎn)表示鐵的集中區(qū)域，其中大部分是超新星遺跡。呈現(xiàn)紅色的小塊表示氫分子被附近年輕恒星的輻射照亮的區(qū)域。

“這張照片顯示了韋伯的力量，”該研究的第二作者、圖森亞利桑那大學(xué)的麗貝卡·利維(Rebecca Levy)說(shuō)?！皥D像中的每一個(gè)白點(diǎn)要么是一顆恒星，要么是一個(gè)星團(tuán)。我們可以開(kāi)始區(qū)分所有這些微小的點(diǎn)源，這使我們能夠獲得這個(gè)星系中所有星團(tuán)的準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。”

在活潑的環(huán)境中尋找結(jié)構(gòu)

用稍長(zhǎng)的紅外線波長(zhǎng)觀察M82，可以看到紅色的塊狀卷須在星系平面上下延伸。這些氣體飄帶是從星暴核心沖出來(lái)的星系風(fēng)。

這個(gè)研究小組的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域是了解這種星系風(fēng)是如何被發(fā)射出來(lái)并影響周圍環(huán)境的，這種風(fēng)是由恒星形成的快速速度和隨后的超新星引起的。通過(guò)分析M82的中心部分，科學(xué)家們可以研究風(fēng)的起源，并深入了解風(fēng)中的冷熱成分是如何相互作用的。

韋伯的NIRCam儀器非常適合通過(guò)被稱為多環(huán)芳烴(PAHs)的煤煙化學(xué)分子的發(fā)射來(lái)追蹤星系風(fēng)的結(jié)構(gòu)。多環(huán)芳烴可以被認(rèn)為是非常小的塵埃顆粒，在較低的溫度下存活，但在炎熱的條件下被破壞。

令研究小組驚訝的是，韋伯對(duì)多環(huán)芳烴發(fā)射的觀測(cè)突出了星系風(fēng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)——這是一個(gè)以前不為人知的方面。被描繪成紅色細(xì)絲的輻射從恒星形成的核心所在的中心區(qū)域向外延伸。另一個(gè)意想不到的發(fā)現(xiàn)是多環(huán)芳烴排放物與熱電離氣體之間的相似結(jié)構(gòu)。

“看到多環(huán)芳烴排放類似于電離氣體是出乎意料的，”Bolatto說(shuō)。“多環(huán)芳烴在暴露于如此強(qiáng)的輻射場(chǎng)時(shí)不應(yīng)該存活很長(zhǎng)時(shí)間，所以它們可能一直在補(bǔ)充。它挑戰(zhàn)了我們的理論，并告訴我們需要進(jìn)一步的調(diào)查?！?/p>

照亮前進(jìn)的道路

韋伯在近紅外光下對(duì)M82的觀測(cè)引發(fā)了關(guān)于恒星形成的進(jìn)一步問(wèn)題，研究小組希望通過(guò)韋伯收集的額外數(shù)據(jù)來(lái)回答其中一些問(wèn)題，包括另一個(gè)星暴星系的數(shù)據(jù)。該小組的另外兩篇論文描述了M82的星團(tuán)特征以及風(fēng)成分之間的相關(guān)性，幾乎已經(jīng)完成。

在不久的將來(lái)，該團(tuán)隊(duì)將從韋伯望遠(yuǎn)鏡上獲得M82的光譜觀測(cè)數(shù)據(jù)，并為他們的分析做好準(zhǔn)備，同時(shí)還將獲得星系和風(fēng)的補(bǔ)充大尺度圖像。光譜數(shù)據(jù)將幫助天文學(xué)家確定星團(tuán)的準(zhǔn)確年齡，并提供在星暴星系環(huán)境中恒星形成的每個(gè)階段持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間的時(shí)序。在更廣泛的范圍內(nèi)，觀測(cè)像M82這樣的星系的活動(dòng)可以加深天文學(xué)家對(duì)早期宇宙的理解。

“韋伯對(duì)M82的觀測(cè)，一個(gè)離我們更近的目標(biāo)，提醒我們望遠(yuǎn)鏡在研究所有距離的星系方面都很出色，”Bolatto說(shuō)。“除了觀察年輕的高紅移星系外，我們還可以觀察離家更近的目標(biāo)，以了解這里正在發(fā)生的過(guò)程——早期宇宙中也發(fā)生過(guò)的事件?！?/p>

這些發(fā)現(xiàn)已被《天體物理學(xué)雜志》接受發(fā)表。詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡是世界上首屈一指的空間科學(xué)天文臺(tái)。韋伯正在解開(kāi)我們太陽(yáng)系的謎團(tuán)，放眼其他恒星周圍的遙遠(yuǎn)世界，探索宇宙的神秘結(jié)構(gòu)和起源，以及我們?cè)谄渲械奈恢谩ｍf伯是由美國(guó)宇航局及其合作伙伴歐洲航天局和加拿大航天局領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際項(xiàng)目。