使用美國宇航局詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的研究人員在確認早期星系塵埃來源方面取得了重大進展。對兩顆II型超新星--超新星2004et（SN 2004et）和超新星2017eaw（SN 2017eaw）--的觀測發(fā)現(xiàn)，這兩顆天體的噴出物中都含有大量塵埃。研究人員發(fā)現(xiàn)的質量支持了超新星在為早期宇宙提供塵埃方面發(fā)揮關鍵作用的理論。

美國國家航空航天局（NASA）詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）的中紅外成像儀（MIRI）拍攝的圖像揭示了兩顆II型超新星--超新星2004et（SN2004 et）和超新星2017eaw（SN 2017eaw）--內的大量塵埃，這兩顆超新星位于螺旋星系NGC 6946中，距離地球2200萬光年。在這些超新星周圍發(fā)現(xiàn)的大量塵埃支持了這樣一種理論，即超新星在為早期宇宙提供塵埃方面發(fā)揮了關鍵作用。

(資料圖)

SN 2004et 在本圖的左側面板中突出顯示，SN 2017eaw 在右側面板中突出顯示。韋伯超高的靈敏度和中紅外觀測能力使它能夠探測到在垂死恒星爆炸后的內部沖擊中幸存下來的較冷塵埃。在這些圖像中，藍色代表較熱的塵埃，紅色代表較冷的塵埃。

資料來源：NASA、ESA、CSA、Ori Fox（STSCI）、Melissa Shahbandeh（STSCI）、Alyssa Pagan（STSCI）

塵埃是我們宇宙中許多東西--尤其是行星--的基石。當來自垂死恒星的塵埃在太空中擴散時，它所攜帶的基本元素有助于孕育下一代恒星及其行星。幾十年來，這些塵埃從何而來一直困擾著天文學家。宇宙塵埃的一個重要來源可能是超新星--垂死恒星爆炸后，其剩余氣體膨脹并冷卻，從而產(chǎn)生塵埃。

"這種現(xiàn)象的直接證據(jù)到目前為止還很少，我們的能力迄今為止只能研究一顆相對較近的超新星--距離地球17萬光年的超新星1987A--中的塵埃群，"領銜作者、約翰-霍普金斯大學和馬里蘭州巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的梅麗莎-沙班德（Melissa Shahbandeh）說。"當氣體冷卻到足以形成塵埃時，只要有足夠的靈敏度，就只能在中紅外波段探測到塵埃。"

對于比SN 1987A更遙遠的超新星，比如SN 2004et和SN 2017eaw，它們都位于大約2200萬光年外的NGC 6946中（見上圖），只有通過韋伯的中紅外儀器（MIRI）才能獲得這種波長覆蓋和高靈敏度的組合。

這張由韋伯的中紅外熱像儀（MIRI）拍攝的 NGC 6946 圖像突出顯示了兩個超新星--SN 2004et 和 SN 2017eaw，圖像中顯示了羅盤箭頭、比例尺和供參考的色鍵。

向北和向東的羅盤箭頭表示圖像在天空中的方位。刻度線標注為 2,600 光年。

這幅圖像顯示的是不可見的中紅外光波長，已被轉換成可見光顏色。色鍵顯示了收集光線時使用了哪些 MIRI 濾光片。每個濾光片名稱的顏色就是用來表示通過該濾光片的紅外光的可見光顏色。在這些圖像中，韋伯的 MIRI 數(shù)據(jù)在 10、11.3、12.8 和 15.0，以及 18 和 21 微米（分別為 F1000W、F1130W、F1280W 和 F1500W，以及 F1800W 和 F2100W）處被分配為藍色、綠色和紅色。資料來源：NASA、ESA、CSA、Ori Fox（STScI）、Melissa Shahbandeh（STScI）、Alyssa Pagan（STScI）

自近十年前阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）望遠鏡在SN 1987A中探測到新形成的塵埃以來，韋伯望遠鏡的觀測是超新星產(chǎn)生塵埃研究的首次突破。

他們研究的另一個特別有趣的結果不僅僅是探測到了塵埃，而是在超新星生命的早期階段就探測到了大量塵埃。在 SN 2004et 中，科學家們發(fā)現(xiàn)了超過 5000 個地球質量的塵埃。

太空望遠鏡科學研究所的項目負責人奧拉-福克斯（Ori Fox）補充說："當計算我們在SN 2004et中看到的塵埃數(shù)量時，它可以與SN 1987A中的測量結果相媲美，而這僅僅是SN 1987A年齡的一小部分。這是自SN 1987A以來在超新星中探測到的最高塵埃質量。"

觀測結果向天文學家表明，年輕而遙遠的星系充滿了塵埃，但這些星系的年齡還不足以讓中等質量的恒星（如太陽）在衰老過程中提供塵埃。質量更大、壽命更短的恒星可能很快就會大量死亡，從而產(chǎn)生如此多的塵埃。

雖然天文學家已經(jīng)證實超新星會產(chǎn)生塵埃，但有多少塵埃能在爆炸后的內部沖擊中存活下來，這個問題一直懸而未決。在SN 2004et和SN 2017eaw生命的這一階段看到如此多的塵埃表明，塵埃能夠在沖擊波中存活下來--這證明超新星是重要的塵埃工廠。

研究人員還指出，目前對質量的估計可能只是冰山一角。雖然韋伯望遠鏡讓研究人員能夠測量到比以往溫度更低的塵埃，但可能還有一些未被發(fā)現(xiàn)的、溫度更低的塵埃輻射到電磁波譜更遠的地方，而這些塵埃仍然被最外層的塵埃所遮擋。

研究人員強調說，這些新發(fā)現(xiàn)也只是利用韋伯望遠鏡對超新星及其產(chǎn)生的塵埃進行新發(fā)現(xiàn)的研究能力的一個暗示，以及由此可以告訴我們有關這些塵埃產(chǎn)生的恒星的信息。

福克斯說："人們越來越熱衷于了解這些塵埃也意味著爆炸恒星的核心是什么。在研究了這些特殊的發(fā)現(xiàn)之后，我認為我們的研究同行們將會考慮在未來用創(chuàng)新的方法來研究這些塵埃超新星。"

SN 2004et 和 SN2017eaw 是該計劃五個目標中的第一個。這些觀測是作為韋伯綜合觀測計劃2666的一部分完成的。論文發(fā)表于7月5日的《皇家天文學會月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）。

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