韋伯望遠鏡拍攝：132億光年外，一個不可思議的遠古存在

在遙遠的深空，詹姆斯韋伯望遠鏡拍到了一個古老天體，它距離我們非常的遠，大概132億光年，依照光行走的速度，它大概是在宇宙誕生后約6億年就存在。




詹姆斯韋伯望遠鏡拍攝深空場中發(fā)現(xiàn)的天體


擴展格羅斯帶
韋伯望遠鏡這次拍攝的區(qū)域是位于大熊座和牧夫座之間的一小片區(qū)域，大概是在北斗七星勺柄旁邊。




擴展格羅斯帶位置示意






這片區(qū)域被稱為擴展格羅斯帶，這是一個被稱為宇宙演化早期發(fā)布科學(xué)項目的一個部分，它在天空中的大小（也就是我們目視看到的大?。蟾乓簿褪鞘直凵熘笔种傅拈L度。


就是這么一小片區(qū)域，韋伯望遠鏡的深度曝光，讓我們看到了無數(shù)的星系，而我們剛開始看到的那個天體，便是這些無數(shù)光點中的一個。




韋伯拍攝擴展格羅斯帶完整視圖（上），下圖為天體特寫




擴展格羅斯帶局部特寫1




擴展格羅斯帶局部特寫2




局部特寫3


宇宙演化早期發(fā)布科學(xué)項目，聽這個名稱我們就可以知道，它是研究宇宙誕生之初的一個課題，而研究這個階段的宇宙，我們則需要了解非常遙遠的天體，因為根據(jù)光的速度，距離我們越遠，它到達我們的時間就越久，所以光行的距離，也可看作是時間的尺度。




天文學(xué)家研究擴展格羅斯帶


但要了解那些非常遙遠的天體，很不易，因為那些天體發(fā)出的光到達地球已經(jīng)暗淡無比。


所以要用強大的望遠鏡進行長時間的曝光。






深空場
1995年，哈勃望遠鏡首次進行了這樣的嘗試（深空拍攝），它對一片針尖大小的區(qū)域進行了連續(xù)10天的拍攝，最后得到了一張無比震撼的照片----哈勃深場。




哈勃深場


這種模式的照片，它讓各式各樣的星系浮現(xiàn)在我們的眼前，猶如身臨其境，這種直擊心靈的感受無比震撼，這次的拍攝讓我們看到了深空場的強大，它就像一個儲藏宇宙秘密的寶庫，等待著我們的發(fā)掘。


所以至此，天文學(xué)家便開始不斷嘗試各種的深空場。


像之后的超深場、極深場。


那在2004年6月的時候，天文學(xué)家做了一次視角跨度巨大的深空拍攝，就是讓哈勃望遠鏡拍攝北斗七星勺柄附近的區(qū)域，時間是持續(xù)了1年，最后得到的便是擴展格羅斯帶的第一次展現(xiàn)。




哈勃拍攝的擴展格羅斯帶


這次的拍攝，其可辨認的星系至少5萬個，從小型星系、螺旋星系、橢圓星系，還有星系的合并、合并的過程應(yīng)有盡有，時間跨度從遠至近，可達80億年，這80億年星系的演化我們一覽無余。




哈勃拍攝局部特寫1




局部特寫2




局部特寫3






但這次的拍攝遺憾的是，哈勃沒有拍到更為久遠的星系。


所以在2022年，天文學(xué)家便啟動了詹姆斯韋伯望遠鏡對擴展格羅斯帶進行了觀測。


韋伯拍攝擴展格羅斯帶視頻


韋伯-擴展格羅斯帶
詹姆斯韋伯望遠鏡為紅外波段望遠鏡，它可接收比哈勃更微弱更遙遠的光，具體來說就是，哈勃的觀測極限差不多能看到紅移為10左右的天體，而韋伯的觀測則遠大于這個極限。


紅移是天文學(xué)家用來測量天體距離的一個天文概念，簡單來說就是紅移值越大，距離越遠，而紅移10對應(yīng)的距離大約為133億光年。




哈勃與韋伯觀測極限對比，下方數(shù)字為紅移值


所以啟用韋伯望遠鏡拍攝這片區(qū)域，它將會讓我們看到更多130億光年外那些古老的天體。


韋伯拍攝的擴展格羅斯帶分為了3個時間段拍攝，2022年6月的拍攝和2022年12月以及2023年2月，相比于哈勃的拍攝，韋伯的照片中存在更多微弱的小點，圖像展現(xiàn)的星系數(shù)量也達到了10萬個，這是目前拍攝最為深遠的巨幅深空場。




韋伯拍攝圖中的暗紅小點特寫1




暗紅小點特寫2




暗紅小點特寫3


所以除過和其他深空場相差無幾的的明亮星系外，這些微弱暗紅的小點便是我們特別注意的對象，因為它們，就是探尋早期宇宙的古老存在。


那么在初期的研究中，天文學(xué)家在這幅巨畫中確定了8百多個高紅移候選天體，它們的形狀、大小讓我們看到了早期宇宙的真實情況。




早期星系






而對于這些候選天體的不斷研究，一個個記錄也不斷的被打破。


例如，在2022年8月的時候，也就是韋伯完成第一時間段的拍攝之后，天文學(xué)家研究了其中一個高紅移候選星系，最后確認其紅移值達到了11.4，這打破了之前紅移為11的最遠星系記錄，天文學(xué)家為這個星系起名為麥西星系，它對應(yīng)的距離為134億光年外，是宇宙誕生后約4億年就形成的古老星系。




麥西星系




麥西星系特寫


還有在這幅圖中，天文學(xué)家也發(fā)現(xiàn)了一顆最為遙遠的活躍超大質(zhì)量黑洞。


就是我們剛開始看到的那個天體。








這個天體之前哈勃也有拍到，但哈勃的數(shù)據(jù)只是顯示出了恒星的光，沒有其他的發(fā)現(xiàn)。




哈勃和斯皮策望遠鏡的拍攝






韋伯的強大視角呢，看到了另一種光，來自活躍星系核所發(fā)的光，這是來自超大質(zhì)量黑洞吸積物質(zhì)時產(chǎn)生的輻射。


所以依據(jù)韋伯的數(shù)據(jù)，天文學(xué)家最終確定了這顆黑洞，并得到了它的質(zhì)量，它的質(zhì)量大約為900萬個太陽質(zhì)量，不是很大，這顆黑洞也成為了之前發(fā)現(xiàn)最為古老的一顆超大質(zhì)量黑洞，它距離地球132億光年，是在宇宙誕生6億年后就形成的超大質(zhì)量黑洞。


不過這個遙遠的紀錄并沒有保持多久，2023年11月的時候，韋伯又發(fā)現(xiàn)了一個宇宙年齡僅4.7億年就存在的超大質(zhì)量黑洞，UHZ1，它的質(zhì)量，約為太陽的1億倍，之后又有了GNZ11，一個紅移值達到11的超大質(zhì)量黑洞。




雖然它最古老的記錄被打破，但在今年，天文學(xué)家對這顆黑洞又有了新的發(fā)現(xiàn)，因為新的數(shù)據(jù)顯示，它看起來是三個明亮的團塊，而不是一個。








所以天文學(xué)家認為，這應(yīng)該是三個正在合并的星系，合并時呢，它們的中心黑洞不斷地吸積物質(zhì)從而發(fā)出耀眼的輻射，所以它又有了新的記錄，最為遙遠的合并星系。


那么我們再回到這幅深空場，再次看到圖中這一個個微弱的小點，雖然它們看著很不起眼，不像明亮星系那般耀眼，壯觀，但它們就像宇宙的化石一樣，讓我們得以穿越時間，來到宇宙誕生時的那個階段，看到了這個時候宇宙發(fā)生的事情。




好了，這個就是韋伯這次拍攝的深空場的簡單介紹，那本期就到這里了。