时间旅行以提供看不见的:用美国宇航局的韦伯太空望远镜映射早期宇宙

CEERS调查

CERERS调查研究人员将使用James Webb Space Telescope观察红外光的扩展杂散条带。他们的观察雇用了三个望远镜的乐器,并将提供该领域中物体的图像和光谱 - 其中包括至少50,000个星系 - 帮助扩大我们在早期宇宙中了解的星系。信用:美国宇航局,esa和m.戴维斯(加州大学,伯克利)

天文学家和工程师已经设计了望远镜,部分是“时间旅行者”。越远的物体是,它的光线需要越长。Peering back in time is one reason why NASA’s upcoming James Webb Space Telescope specializes in collecting infrared light: These longer wavelengths, which were initially emitted by stars and galaxies as ultraviolet light more than 13 billion years ago, have stretched, or redshifted, into infrared light as they traveled toward us through the expanding universe.

Although many other observatories, including NASA’s Hubble Space Telescope, have previously created “deep fields” by staring at small areas of the sky for significant chunks of time, the Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey, led by Steven L. Finkelstein of the University of Texas at Austin, will be the first for Webb. He and his research team will spend just over 60 hours pointing the telescope at a slice of the sky known as the Extended Groth Strip, which was observed as part of Hubble’s Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey or CANDELS.

宇宙标准化信息图表

超过130亿年前,在重生时代,宇宙是一个非常不同的地方。星系之间的气体在很大程度上是对精力充沛的光线,使得难以观察幼年星系。什么允许宇宙变得完全电离,或透明,最终导致今天在大部分宇宙中检测到的“明确”的条件?James Webb Space Telescope将深入扩展到空间,以收集有关在重生时代中存在的物体的更多信息,以帮助我们了解宇宙历史中的这一重大过渡。信用:美国宇航局,esa和j. kang(stsci)

“用韦伯,我们想对星系进行第一个侦察,甚至更接近大爆炸,”Finkelstein说。“绝对不可能与任何其他望远镜进行这项研究。韦伯能够以难以在过去观察到的波长,在地面或太空中做出显着的事情。“

Mark Dickinson在亚利桑那州国家科学基金会国家光学 - 红外天文学研究实验室,以及CERER调查协同调查人员之一,为哈勃提供了一点,同时也期待韦伯的观察。“像哈勃深度领域一样的调查让我们在大巨头的大巨头令人惊讶的细节中以十亿多年的大爆炸地映射到星系中的宇宙星形成的历史。”“与CEARER,WebB会看起来更远地向这些调查添加新数据。”

提供看不见的人

早期宇宙是什么样的?肯定有许多数据点,但不足以在其条件下创造一个详尽的人口普查。此外,研究人员的知识和假设经常更新 - 每次发布新的深度曝光时都会更新。“每次我们看起来更远,我们都会比我们想象的更早地找到星系,”纽约罗切斯特理工学院的Ceners调查协同研究员Jeyhan Kartaltepe表示。“早期宇宙中的条件必须适用于形成的星系 - 而且它们形成并很快成了大量的。”

“宇宙在这个时候更紧凑,这意味着星星和星系可以以更高的效率形成,”Finkelstein添加。“有些模型预测,我们将在早期的Eras上找到50个星系比哈勃可以达到,但其他人预测我们只会发现我们只会找到一些。在这两种情况下,数据将有助于我们在早期宇宙中约束星系形成。“

CERERS调查团队希望识别丰富的遥远物体,包括宇宙中最遥远的星系,早期的星系并购和相互作用,第一个大规模或超大的黑洞,甚至比以前所识别的前方的额赛。这些潜在的“第一款”只是本研究价值的开始:该团队由来自世界各地的100多名研究人员组成,将继续对该领域的许多物体进行分类。“这些数据将有助于展示宇宙的结构在各个时期是什么,”Finkelstein解释说。

击中“倒带”

也许这项研究最令人兴奋的元素是球队如何利用数据来揭示关于宇宙历史的重要时期的新发现,称为“重生时代”。大爆炸掀起了一系列事件,通往宇宙微波背景,黑暗时代,第一颗星和星系 - 然后到了标准的时代。在此期间,宇宙中的气体从大多数中性转化,这意味着它对紫外线是不透明的,并且完全电离,这使其透明。电离意味着将原子剥离它们的电子 - 最终导致今天在大部分宇宙中检测到的“明确”的条件。

许多问题仍然是我们宇宙中的这个独特的时间。例如,责任将气体从中性转换为电离?在宇宙变得明显不透明并更透明之前,它需要多长时间?

“当紫外线逃脱年轻,形成星系时,我们认为这发生了这一点,”狄金森解释说。“可能还有其他因素。例如,早期凸起的黑孔也可以发出紫外线,最终有助于改变气体。“

星系出现在天空上的地方提供了另一种线索。“我们将研究异常化 - 时代星系,看看它们是否在同一区域中聚集在一起,或者如果它们更加隔离,”Kartaltepe说。“我们有很多关于导致星系成长并变得更加大量的原因,但我们需要更多关于这些星系的全面信息,以充分了解它们最初增长和发展的方式。”

银河系的存在或相互作用 - 或缺乏 - 也将帮助团队在重生时代追踪环境的条件。“CERERS调查将给我们提示这一时期如何进行,”Dickinson补充道。“我们肯定会了解我们认为负责的星系,也希望了解逃离它们的电离辐射。”

该团队设计了CEARS调查,为这一视野中的许多目标提供了尽可能多的互补数据。他们将在几种模式下雇用三个韦伯的乐器,以获取扩展杂收条的图像,除了光谱。Spectra是宝贵的数据,因为它们有助于研究人员识别每个目标的颜色,温度,动作和质量,并提供更深入的深入看待远处物体的化学化妆。

“这与WebB的近红外光谱仪或NIRSPEC的差异有所不同,”Dickinson强调。“我们将打开光谱仪的微静脉狭缝,以单独观察数百个星系,首次获得它们的光谱。”

开始建立人口普查

在初始数据发布后的几个月内,CERERS调查研究人员将创建和发布新工具和目录,任何研究人员都可以用于分析数据,包括大规模的星系,星系形状和光度红移。“通过相同的观察组,数百名研究人员可以进行数百种科学实验,”Kartaltepe说。“我们也会找到我们甚至没有想到的事情,这是参考局调查研究的越来越多的原因。”

“我们的希望是,CEARS调查将影响未来的遥远星系调查,”Finkelstein补充道。“它还将向社区展示与各种仪器和模式观察的社区是增加韦伯的科学收益的方法非常有效。”

该研究正在作为韦伯早期发布科学(ERS)计划的一部分进行。该计划在望远镜的使命早期为选定的项目提供了时间,允许研究人员快速学习如何最好地使用WebB的能力,同时也产生强大的科学。

The James Webb Space Telescope will be the world’s premier space science observatory when it launches in 2021. Webb will solve mysteries in our solar system, look beyond to distant worlds around other stars, and probe the mysterious structures and origins of our universe and our place in it. Webb is an international program led by NASA with its partners, ESA (European Space Agency) and the Canadian Space Agency.

1条评论在“送达看不见的时间:用美国宇航局的韦伯太空望远镜映射早期宇宙”

  1. 很好 - 一个推动猜测而不是科学的科学文章。

    在我们开始想象之前,我们如何等待结果?!y'know,任何好科学家的方式都是......

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