在風(fēng)景如畫的獵戶座星云中，一個(gè)熙熙攘攘的恒星托兒所，將成為美國宇航局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的研究對象之一，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡拖了又拖，但已計(jì)劃于明年2021年發(fā)射。由負(fù)責(zé)恒星形成的韋伯跨學(xué)科科學(xué)家馬克·麥考林領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，

將研星云的一個(gè)內(nèi)部區(qū)域，稱為斜方星團(tuán)，這個(gè)星團(tuán)是大約一千顆年輕恒星的家園，所有這些恒星都擠在一個(gè)只有4光年寬的空間里，這大約是從太陽系到半人馬座阿爾法星的距離。

同時(shí)也是歐洲航天局科學(xué)和探索高級顧問的McCaughrean解釋說：在那里，有許多非常年輕的恒星，它們的年齡大約在100萬歲左右，一百歲年可能聽起來不是很年輕，但如果我們的太陽系是一個(gè)中年人，這個(gè)星團(tuán)中的恒星只是個(gè)嬰兒，只有三四天大。所以它們正在發(fā)生著各種各樣的有趣事情，這是在我們今天在周圍老恒星中是看不到的。研究人員非常有興趣了解恒星及其行星系統(tǒng)是如何在最早階段發(fā)展起來的。

為什么是獵戶座星云？因?yàn)楂C戶座是距離太陽最近的大質(zhì)量恒星形成區(qū)域。有些離太陽較近的地方，有年輕的小質(zhì)量恒星，但沒有一個(gè)更近的地方既有大恒星又有小質(zhì)量恒星。研究團(tuán)隊(duì)將研究梯形星系團(tuán)中的三個(gè)有趣現(xiàn)象，首先將研究這個(gè)星團(tuán)中年輕恒星的質(zhì)量分布。接下來，將研究該星團(tuán)年輕恒星周圍行星形成的最早階段，這些觀測是韋伯太空望遠(yuǎn)鏡授予McCaughrean保證時(shí)間觀測(GTO)計(jì)劃的一部分，因?yàn)樗琼f伯跨學(xué)科科學(xué)家。

對恒星和其他年輕天體進(jìn)行排序

除了研究該星團(tuán)的年輕恒星外，科學(xué)家們還將觀察質(zhì)量低于恒星的褐矮星，這些褐矮星像恒星一樣，通過氣體和塵埃云的引力坍塌而形成，但因?yàn)樗鼈儧]有足夠的物質(zhì)，它們永遠(yuǎn)不會(huì)在其中心產(chǎn)生聚變所需的溫度和壓力。同時(shí)還將研究質(zhì)量相當(dāng)于木星甚至土星的較小天體，它們被稱為“自由漂浮的行星質(zhì)量物體”，并不在恒星的軌道上，它們是否像其他行星一樣形成是一個(gè)懸而未決的問題。

這些自由漂浮的行星，是通過吸積恒星形成時(shí)遺留下來的原行星盤上的氣體和塵埃而形成。這樣的天體最初是作為恒星周圍的行星形成，還是由恒星本身形成的氣體和塵埃形成？研究團(tuán)隊(duì)正試圖回答這個(gè)問題：我們能不能找到這些極低質(zhì)量物體所表現(xiàn)出的某種特征，來幫助我們弄清它們是孤立形成的，還是實(shí)際上是在圍繞恒星軌道上形成的行星，并在某種相互作用中被踢出去了？

科學(xué)家們將使用多彩的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡圖像來尋找質(zhì)量非常低的天體，然后看看這些天體中有多少是不同質(zhì)量類別的，例如，有多少類似太陽；有多少是太陽質(zhì)量的十分之一；有多少是太陽質(zhì)量的百分之一。同時(shí)還將使用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡來分析大氣層，這些信息將告訴研究人員，這些天體是如何形成的，以及它們將如何隨著年齡的增長而演化。

研究剪影

獵戶座星云這個(gè)托兒所中的一些新生恒星，被氣體和塵埃的圓盤包圍著，在明亮的星云的映襯下，它們看起來就像是剪影。天文學(xué)家認(rèn)為，行星應(yīng)該開始在這些圓盤內(nèi)形成。研究團(tuán)隊(duì)將使用韋伯望遠(yuǎn)鏡的高分辨率紅外成像來測量這些圓盤的大小。通過將它與哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的可見光圖像進(jìn)行比較，研究小組將能了解塵埃的組成，這將有助于了解行星形成的最早階段。

測量噴流和外流

當(dāng)年輕恒星從它們周圍的氣體和塵埃中聚集物質(zhì)時(shí)，大多數(shù)也會(huì)以噴流和流出的方式，將其中的一小部分從兩極噴出。這個(gè)過程是恒星形成過程中不可或缺的一部分。因?yàn)楂C戶座星云是許許多多年輕恒星的家園，所以有許多大大小小的噴流和流出。研究小組將使用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡來測量這些外流中的精細(xì)結(jié)構(gòu)，確定它們的速度，并評估它們對周圍恒星形成云的累積反饋。當(dāng)恒星非常年輕的時(shí)候，它們被構(gòu)成它們的氣體和塵埃所包圍。

為什么是韋伯太空望遠(yuǎn)鏡？

塵埃吸收了可見波長的光，并將恒星隱藏在不透明的屏幕后面。但是，長波長光可以穿透塵埃，因此，即使天文學(xué)家在可見光中看不到恒星，它們在紅外中通常也可以探測到。此外，當(dāng)物體還很年輕并且還在形成時(shí)，它們不會(huì)變得特別熱。這意味著它們在可見光波段不會(huì)發(fā)出明亮的光，而是在紅外線中發(fā)出大部分光。使用地面望遠(yuǎn)鏡的紅外線研究表明，在星團(tuán)中有許多棕矮星。

但一直未能發(fā)現(xiàn)質(zhì)量在大約三倍木星以下的年輕物體，這有兩個(gè)原因：首先，地面和被研究物體之間地球大氣層在紅外線中發(fā)出明亮的光。在某種程度上，這有點(diǎn)像在白天做可見光天文學(xué)觀測，在這種光芒的襯托下，你可以看到相對明亮的東西，但你看不到暗淡的東西。而韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將發(fā)射在地球發(fā)光的大氣層上方，使之成為可能。第二個(gè)原因是，與地面望遠(yuǎn)鏡不同，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡本身將非常寒冷。

比如人類在紅外線中是溫暖和發(fā)光的；地面望遠(yuǎn)鏡也在紅外線中發(fā)光。所以這些冰冷質(zhì)量為3倍木星的天體，幾乎所有的光都是以相當(dāng)長的波長發(fā)出，而望遠(yuǎn)鏡本身也在發(fā)出非常明亮的紅外光。而在太空中，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡可以冷卻到完全不發(fā)紅外光的程度。這意味著突然之間能夠看到所有這些新的、非常微弱、質(zhì)量極低的年輕天體，而這些東西在地面上是永遠(yuǎn)看不到的。

因此，功能強(qiáng)大的紅外太空望遠(yuǎn)鏡韋伯，將獨(dú)一無二地能夠研究這些年輕恒星、棕矮星和自由漂浮的行星質(zhì)量物體，以及它們在獵戶座星云等區(qū)域的原行星盤、噴流和流出。詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將于2021年發(fā)射升空，屆時(shí)將成為全世界上首屈一指的空間科學(xué)天文臺(tái)。韋伯也將解開我們太陽系中的更多謎團(tuán)，探索宇宙的神秘結(jié)構(gòu)和起源，以及我們在宇宙中的位置等等都能更上不知多少層樓。

博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心

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