研究人員前所未有地繪制獵戶座星云圖

2025-12-10 02:12:26 分類：時尚 閱讀(569)

從獵戶座星云的研究中心附近看，這張JWST的地繪照片捕捉到了獵戶座。獵戶座條是制獵一個相當直的對角線特征，標志著從斜方星附近的戶座熱電離氣體到條另一側的冷分子云的轉變。這些物質是研究形成這些恒星的云層的殘留物。這些年輕的地繪熱恒星的恒星輻射撞擊獵戶座，將氣體和塵埃轉化為更遠的制獵氣體和塵埃。該圖像是戶座RGB合成圖像，藍色顯示來自熱電離氣體的研究發射（NIRCam過濾器F187N），紅色顯示來自大碳質分子的地繪發射（NIRCam過濾器F335M），綠色跟蹤暖塵和分子氣體（NIRCam過濾器F470N）。制獵北邊在上面，戶座東邊在左邊。研究來源：uux.cn/NASA/ESA/CSA、地繪E.Dartois、制獵E.Habart、PDRs4所有ERS團隊
（神秘的地球uux.cn）據西安大略大學（Jeff Renaud）：恒星和行星的形成是一件混亂的事情。它始于一團巨大的氣體和塵埃的引力坍縮，同時產生大質量恒星，其強烈的輻射場創造了惡劣的環境，以及更溫和的恒星，如我們的太陽，被富含有機物質的行星形成盤包圍。
西方大學天體物理學家Els Peeters和Jan Cami以及博士后和研究生Ryan Chown、Ameek Sidhu、Baria Khan、Sofia Pasquini和Bethany Schefter是世界上最早使用James Webb太空望遠鏡進行科學研究的科學家之一，重點是恒星形成。
PDRs4All JWST早期釋放科學項目（ID1288）的首席研究員、西部地球與太空探索研究所的教員Peeters說：“恒星形成的過程是混亂的，因為恒星形成區域包含處于不同發展階段的不同質量的恒星，而這些恒星仍嵌入其出生云中，而且許多不同的物理和化學過程相互影響。”。
恒星形成在理論和觀測天體物理學中都是一個非常活躍的領域，韋布是深入了解這些過程的關鍵。
“我們還不完全了解這些過程是如何塑造或摧毀行星形成盤的，也不完全了解何時以及如何在這些盤中植入對生命至關重要的化學物質。這就是我們為什么要這樣做的原因，”西部休姆-克羅寧紀念天文臺主任、PDRs4All的核心成員卡米說。
Peeters與法國巴黎薩克雷大學的Emilie Habart和法國圖盧茲大學的Olivier Berné共同領導國際PDRs4All財團。PDRs4All聯盟由全球120多名研究人員組成，其中包括天文學家、物理學家和化學家，他們的互補專業知識使他們能夠充分利用韋布望遠鏡獲得的數據金礦，韋布望遠鏡是有史以來發射到太空的最大、最強大的望遠鏡。
PDRs4All將韋布指向著名的獵戶座星云深處的獵戶座酒吧，并收集了大量圖像和光譜數據。該項目的主要目標是揭示與恒星和行星形成相關的詳細物理和化學過程。
Peeters和Cami與他們的國際合作者一起，現在在《天文學與天體物理學》雜志上發表了一系列六篇論文，概述了他們迄今為止的工作，并首次深入了解獵戶座酒吧的細節。
這是我最好的一面嗎？
星際空間中的許多關鍵過程發生在所謂的光離解區（PDRs，因此程序名為PDRs4All），在那里，物理和化學完全由紫外線輻射與氣體和塵埃之間的相互作用決定。Orion Bar是距離Webb最近的PDR，它提供了在小物理尺度上研究這些過程最有用和最上鏡的一面。
Peeters說：“這些數據令人難以置信，將成為未來幾十年天體物理學研究的基準。”。“到目前為止，我們只探索了一小部分數據，這已經導致了幾個令人驚訝的重大發現。”
在過去的一年里，PDRs4All在《自然》、《自然天文學》和《科學》雜志上發表了三項主要研究。
Habart領導了今天（5月14日）發表在《天文學與天體物理學》上的第一項新研究，他說：“我非常高興能非常詳細地研究韋布的驚人圖像。”。“這些圖像非常美麗和復雜；很容易理解為什么世界上有這么多人第一次看到它們時就被震撼了。”
獵戶座星云的質量是太陽的2000倍，肉眼可見，是最近的大質量恒星形成區，因此是銀河系中最受關注和拍攝的天體之一，也是公眾最喜歡的夜空天體之一。
韋布的圖像與其他任何一組圖像都不同，它們揭示的令人難以置信的細節令人驚嘆，顯示了各種不同形狀和顏色的細絲和山脊，上面點綴著幾個小的行星形成盤。
獵戶座星云內有獵戶座棒，這是一個尖銳的、傾斜的、脊狀的氣體和塵埃特征。獵戶座酒吧本質上是一個天文大氣泡的邊緣，這個氣泡是由一些為星云提供動力的大質量恒星雕刻而成的。
“賦予這些圖像美感的結構細節揭示了一個比我們最初想象的更復雜的結構——前景和背景氣體和灰塵使分析變得有點困難。
Habart說：“但這些圖像的質量如此之高，我們可以很好地分離這些區域，并揭示獵戶座酒吧的邊緣非常陡峭，就像一堵巨大的墻，正如理論預測的那樣。”。
Peeters也是新一系列天文學和天體物理學研究的主要參與者，他利用獵戶座酒吧的近紅外光譜數據將研究提升到了一個全新的水平。
她說：“這些照片有著令人難以置信的細節，我們將在未來的許多年里仔細檢查它們。”。
光譜觀察將光分解為顏色的函數，并揭示了許多尖銳的峰，這些峰是收集到的紅外光中各種化合物的指紋。
通過對這些指紋的仔細分析，研究人員可以研究星云的化學組成，但還有更多：這些指紋的不同組合可以用來測量輻射場的局部溫度、密度和強度，通過測量每個像素的這些指紋，Peeters繪制了這些數量在整個獵戶座酒吧中如何變化的地圖。
Peeters說：“與圖像相比，光譜數據集覆蓋的天空面積要小得多，但它包含的信息要多得多。一張照片勝過千言萬語，但我們天文學家只是半開玩笑地說，一個光譜勝過一千張圖像。”他測量了不少于600個光譜指紋，并利用這些指紋極大地改進了現有的PDR模型。
所得數據和改進的PDR模型在Peeters領導的《天文學與天體物理學》的第二項研究中介紹。
卡米說：“獵戶座酒吧真正獨特的地方在于它的邊緣幾何結構，這給了我們一個環形的座位，讓我們可以非常詳細地研究當我們從非常暴露、劇烈的電離區域進入更屏蔽的區域時發生的不同物理和化學過程，在這些區域可以形成分子氣體。”。
“這篇論文是一篇力之旅，花了巨大的努力才完成，它是我們對物理環境變化如何影響化學以及反之亦然的理解的一次飛躍。”
將細節拋諸腦后
隨著物理條件的確定，PDRs4All團隊將注意力轉向了另一個問題：灰塵排放。之前的觀測已經揭示了獵戶座酒吧塵埃排放的急劇變化，但這些變化的起源尚不清楚，這是一個長期困擾天體物理學家的謎團。
太空物理空間研究所博士后研究員Meriem Elyajori說：“與之前的觀測相比，清晰的超光譜Webb數據包含了更多的信息，它清楚地指出，塵埃對輻射的衰減和對最小塵埃顆粒的有效破壞是這些變化的根本原因。”。
Elyajouri模擬了獵戶座酒吧照明邊緣的灰塵排放，并領導了第三項研究，描述了該團隊的發現。
剩下的三篇論文都涉及被稱為多環芳烴的大含碳分子的排放，多環芳烴是宇宙中最大的碳質物質庫之一。多環芳烴含有高達20%的宇宙碳，這使它們與我們自己的宇宙根源有關。
卡米說：“早在碳進入我們的身體之前，我們就在研究碳質分子會發生什么。”。
多環芳烴的排放通常非常明亮，多環芳烴分子非常堅固和有彈性。
前西方博士后研究員Sidhu說：“因此，它們在宇宙中廣泛分布，并分布在如此遙遠的宇宙學距離上，這并不奇怪。因此，在獵戶座酒吧等附近地區對它們進行詳細研究，我們對當地的物理和化學環境有著很好的了解，這對于解釋對遙遠星系的觀測至關重要。”。
韋布數據非常詳細地顯示了多環芳烴的發射帶，并揭示了發射特性因輻射而變化。
“這真是一種財富的尷尬，”Peeters說。“盡管這些大分子被認為非常堅固，但我們發現紫外線輻射會改變導致發射的分子的整體性質。”
事實上，紫外線輻射會分解一些較小的碳分子，并改變較大的碳分子的輻射方式。
領導第四項研究的前西方博士后研究員Ryan Chown說：“當你從這種非常惡劣的環境進入更為屏蔽的環境時，你實際上會看到變化。”。
機器學習成倍增長
Chown的研究結果是重要的新發現，但僅基于對獵戶座酒吧中五個小區域的分析，這些區域代表了整個酒吧的不同環境。
Peeters監督的碩士生Sofia Pasquini使用機器學習技術分析了由數千個光譜組成的整個數據集中的多環芳烴排放。她還發現，在紫外線輻射較多的地區，多環芳烴通常較大，可能是因為較小的多環芳烴被破壞了。這是第五次研究的基礎。
Peeters說：“Sofia用于解釋從數千個像素中挖掘的數據的機器學習技術產生的結果與我們使用更傳統的方法在五個代表性區域中發現的結果基本相同。”。“這讓我們非常有信心，我們的解釋更普遍有效，從而得出更有力的結論。”
事實證明，多環芳烴的大小不僅僅是變化。法國圖盧茲大學的博士后研究員Ilane Schroetter也將機器學習技術應用于數據。他的發現發表在第六項研究中，證實了紫外線輻射對多環芳烴大小的影響，但也發現了分子結構的明顯變化。
卡米說：“這些論文揭示了在太空最惡劣的環境中，分子水平上的某種適者生存。”。
韋布是人類歷史上最強大的太空望遠鏡。它是與美國國家航空航天局、歐洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）合作開發的，擁有一個標志性的6.5米寬的鏡子，由18個六邊形鍍金鏡段組成的蜂窩狀圖案和一個網球場大小的五層菱形遮陽板組成。
作為合作伙伴，CSA獲得了韋布觀測時間的保證份額，使加拿大科學家成為首批研究有史以來最先進的太空望遠鏡收集數據的科學家之一。