经过多年的筹备和期待，詹姆斯·韦伯太空望远镜终于在2021年12月25日发射进入轨道(这是多么好的圣诞礼物啊?)从那以后，它传回的令人惊叹的图像和数据毫无疑问地证明了它是有史以来最好的圣诞礼物。在第一年的运行之后，JWST已经实现了它的主要目标之一:观测宇宙中的第一批恒星和星系。下一代天文台通过创造新的距离记录和揭示大爆炸后不到10亿年存在的星系来实现这一目标。
这些研究对于描绘宇宙的演化和解决我们的宇宙学模型的问题至关重要，比如哈勃张力和暗物质和暗能量的奥秘。好吧，抓住你的帽子，因为事情已经达到了一个新的水平!在最近的一项研究中，一个国际科学家团队在一个星系中分离出了一颗放大得很好的候选恒星，它看起来就像125亿年前的样子。探测到一颗存在于宇宙只有约12亿年的恒星，展示了JWST的能力，并为未来提供了一个预览。该研究可在arXiv预印本服务器上获得。
这项研究由内盖夫本-古里安大学实验天体物理学博士后卢卡斯·j·富尔塔克(Lukas J. Furtak)领导。他领导的国际团队由来自宇宙黎明中心(Dawn)、太空望远镜科学研究所(STScI)、天文学大学研究协会(AURA)、西班牙国家研究委员会(CSIS)、河外天文学中心、拉卡物理研究所、哈佛-史密森天体物理中心(CfA)、美国宇航局戈达德太空飞行中心观测宇宙学实验室等的天文学家和天体物理学家组成。
哈勃望远镜和JWST对宇宙中一些最早的星系的观测提供了丰富的信息，这些信息对我们提出了挑战证实了宇宙演化的主流模型。不幸的是，正如作者在他们的研究中指出的那样，直接观察这些距离上的单个恒星是不可能的，因为它们相对于周围的星系太暗了。然而，科学家已经证明证明了恒星可以用引力来观测Nal透镜，一种技术前景中的大质量物体会放大远处物体发出的光。
爱因斯坦的广义相对论预言了这种效应，当大质量物体的引力改变了它们周围的时空曲率时，就会发生这种效应。近年来，这项技术使天文学家能够在强透镜星团场中识别出几十颗恒星，而JWST已经探测到了几颗。为了他们的研究，研究小组参考了韦伯的近红外相机(NIRCam)获得的图像，该图像是作为1433周期1一般观察者(GO)计划的一部分，在其运行的第一年捕获了MACS0647星系团。
正如Furtak通过电子邮件告诉《今日宇宙》的那样，这是一项重大成就，因为传统上，透镜研究主要集中在高红移星系上:
“在宇宙距离上对单个透镜恒星的研究是一个相对较新的领域，近年来由于哈勃和詹姆斯韦伯太空望远镜的惊人能力而引起了人们的兴趣。单个恒星通常只能在我们的银河系和它的近邻中观察到，而在更大的宇宙距离上，我们只能看到整个星系。
“然而，引力Nal透镜效应，当像星系团这样的大质量物体会使来自背景光源的光偏转并将其放大，如果透镜背景星系中的一颗恒星碰巧越过所谓的临界线，这是一个区域，当E引力Nal放大率达到极值。如果排列正确，这将使我们能够观察到遥远星系中的单个恒星。”
这个巨大星团的引力产生了一个强大的透镜，这个透镜已经被用来识别具有三透镜的JD星系，它的红移值为z=11。这相当于134亿光年前的视距离，这意味着它今天的样子就像宇宙诞生不到5亿年时的样子。利用同样的透镜星系，研究小组获得了z=4.76 (MACS0647-star-1)的一颗恒星的光谱，这颗恒星的视距离约为123.5亿年前，并对其进行了分析，得出了这颗恒星的特性。
这颗恒星最初是在2022年使用韦伯NIRCam的数据发现的，本-古里安大学的阿希什·米纳博士(他是这篇最新论文的同事和合著者)在一篇论文中报道了这一发现。Furtak说:
“[MACS0647-star-1]是根据它在一个强烈透镜和扭曲的背景星系中非常接近甚至在临界线上的位置被识别出来的，即在引力透镜放大倍数达到极值的区域。值得注意的是，在同一研究中还发现了另一颗较暗的恒星MACS0647-star-2。基于多个宽带滤光片的光度测定，确定了MACS0647-star-1是一颗表面温度~10,000K的候选b型超巨星。
几个月后几个月后，福塔克和他的团队使用韦伯的近红外光谱仪(NIRSpec)获得了macs0647 -1星的光谱，这是针对整个透镜星团的更大活动的一部分。光谱使他们能够精确地测量到MACSO647-star-1的红移，并由此得出距离估计，表明这颗恒星在宇宙只有12亿年的时候就存在了。正如Furtak补充的那样，他们还发现光谱提供了比以前的光度数据更复杂的图像助教:
“虽然成像的光度测量结果与一颗b型超巨星一致，但根据我们现在看到的光谱，我们必须看到两颗恒星-一颗b型和一颗较冷的f型-或者是一颗热的b型恒星，其光线被视线某处的尘埃变红。”不过，后一种解释更有可能。话虽如此，以目前的频谱，即。我们不能完全排除这实际上不是一个完整的星团，而不是一个单一的恒星(即球状星团类型的物体，非常密集的老恒星群)的可能性。”
为了更好地了解韦伯揭示了什么，需要对MACS0647透镜星系进行后续观测。具体来说，Furtak指出需要更深入的光谱和更高的光谱分辨率来更清楚地测量吸收线。无论如何，随着韦伯继续研究早期宇宙中存在的恒星和星系，这些发现可能很快就会变得司空见惯。到目前为止，哈勃望远镜已经在宇宙距离上观测到了几颗透镜恒星，第一颗(伊卡洛斯)是在2018年被哈勃望远镜发现的，而最新的一颗(埃伦德尔)是在2022年被发现的。
根据韦伯第一年的观测结果，富尔塔克预计韦伯望远镜将以每个观测到的星系团一颗的速度发现透镜恒星。它已经探测到几颗透镜恒星，包括MACS0647-star-1，这是迄今为止观测到的第二远的恒星。富尔塔克说，这为未来的发展提供了一个诱人的预览:
“这项研究明确表明，JWST不仅具有在成像活动中探测透镜恒星的仪器能力，而且还具有用NIRSpec获得它们的光谱的能力。这是迄今为止获得的第二颗透镜恒星的光谱，也是JWST首次获得的基于太空的光谱。例如，最近也拍摄了最远恒星Earendel的光谱，可能很快就会发表。在未来的观测活动中，我们可以系统地跟踪nircam探测到的透镜恒星，如果它们是持续的来源，用NIRSpec光谱来得出它们的性质。
“这项研究也是基于相对较短的JWST曝光时间(约2h)，而JWST完全能够通过更长的曝光时间达到更高的信噪比，这意味着未来的NIRSpec观测可能很好地探测到透镜恒星的吸收特征，至少在最亮的恒星中。请注意，这也将是一个令人信服的科学案例，对于即将到来的30米级望远镜，如ESOs ELT，它将能够达到与JWST相似的灵敏度和分辨率，尽管它的波长略低。”
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希望本篇文章《JWST从125亿年前的星系中捕捉到一颗恒星》能对你有所帮助！
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