拨云散雾，超强韦伯太空望远镜，揭开恒星源起之谜
在绚烂如画的猎户星云中，一个恒星的摇篮孕育着数不胜数的新恒星，它将成为计划于2021年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜的研究对象。由恒星形成领域的韦伯跨学科科学家马克·麦考琳带领的一支研究团队将对星云内部的猎户四边形星团进行观测与考察。这个星团仅有4光年大，相当于太阳到半人马座阿尔法星的距离，却聚集了大约1000颗年轻恒星。
图解：猎户四边形星团的光学影像（左）和红外影像（右），由哈勃太空望远镜拍摄 图源：NASA
同时担任欧洲航天局科学与探索高级顾问的马克·麦考琳解释道：“在那里有许多大约100万年的年轻恒星，一百万年听似不年轻，事实上，如果把我们所在的太阳系比做一个中年人，那么这个星团中的恒星就只是三四天大的小婴儿。因此，我们可以在年轻的恒星上看到各种各样正在发生的有趣事情，这是如今在年老的恒星中看不到的。而最初阶段的恒星及其行星系统如何发展，我们对其充满好奇，极力寻求答案。”
为什么选择猎户星云？麦考琳说，猎户星座是距太阳最近的大规模恒星形成区域，虽然许多地方，距离太阳更近，孕育着年轻且低质量的恒星，但没有一个地方像猎户星云一样既有大恒星又有非常小的恒星。
图源：NASA/ESA
麦考琳和他的研究团队将会研究猎户四边形星团中的三个有趣现象。首先，探究该星团中年轻恒星的质量分布。接下来，查究星团中的年轻恒星周围行星形成的最早阶段。最后，分析许多年轻恒星释放出的喷射流物质。这些观测是准予韦伯跨学科科学家麦考琳“保证时间观测”计划中的一部分。
图解：这是哈勃太空望远镜拍摄到的猎户星云中年轻恒星的四个原行星盘。这些圆盘的大小是我们太阳系直径的2到8倍。天文学家在1994年1月至1995年3月用哈勃望远镜拍摄的猎户星云的大型调查图像中发现了这些气盘。
致谢：马克·麦考琳（马克斯·普朗克天文研究所），查尔斯·罗伯特·奥德尔（莱斯大学），和美国国家航空航天局
图源：NASA
对恒星和其它年轻天体进行分类
除了研究该星团的年轻恒星外，科学家还将关注质量低于恒星的褐矮星，这些褐矮星像恒星一样，通过气体和尘埃云的引力塌缩而形成，但由于缺乏足够的物质，其中央永远无法达到产生氢聚变所需的温度和压力。
同时，他们还将研究质量与木星甚至土星相当的较小天体，这些天体不在恒星周围的轨道上，被称为“自由漂浮的行星质量天体”。而它们是否像其他行星一样，通过恒星形成时遗留下来的原行星盘中吸收的气体和尘埃形成，还是一个悬而未决的问题。
这样的天体起初是作为环绕恒星的行星形成，还是本身由恒星形成的相同气体和尘埃形成呢？麦考琳和他的团队正在试图回答这个问题。“我们想，能否通过探析这些极低质量天体所表现出来的特征，来帮助我们弄清它们是孤立形成的，还是实际上是环绕恒星周围轨道形成的行星，并在某种相互作用中被踢出轨道了。”
科学家将利用多色韦伯图像来寻找质量非常低的天体，分辨有多少不同质量类别的天体，例如：有多少与太阳质量相同？有多少是太阳质量的十分之一？有多少是太阳质量的百分之一？此外他们还会用韦伯望远镜来分析它们的大气层。通过这些信息，研究人员得以了解这些天体是如何形成的，以及随着年龄增长他们会如何演化。
研究剪影
这个托儿所里的一些新生恒星被由气体和尘埃组成的圆盘环绕着，在明亮的猎户星云映衬下，这些圆盘以剪影的方式呈现出来。天文学家认为，行星一开始应该是在这些圆盘中形成。研究团队将使用韦伯的高分辨率红外成像来测量这些圆盘的大小。通过与哈勃太空望远镜拍摄的可见光图像对比，研究团队能够了解到尘埃的成分，这将有助于他们了解行星形成的最早阶段。
考察喷射流
当年轻的恒星从周围的气体和尘埃中聚集物质时，大多还会以喷射流的方式从极地区域喷射出一部分物质，这个过程是恒星形成不可或缺的一部分。由于猎户星云是众多年轻恒星的家园，所以这里有许多大大小小的喷射流存在。研究团队将使用韦伯测量出这些喷射流的精密结构并确定它们的速度，同时评估它们对周围恒星形成云的累积反馈。
图源：NASA
为什么选择韦伯太空望远镜？
当恒星还很年轻时，它们被其原构成物即气体和尘埃所包围。尘埃吸收可见波长光将恒星隐藏在不透明的屏障后面。但长波长光可以穿透这尘埃，因此天文学家即使无法在可见光中看到恒星，通常也可以通过红外线探测到它们。
同时，当天体还年轻处于形成阶段时，它们不会变得特别热，这意味着它们不会在可见波段发出明亮的光，而是在红外线中散发大部分光。利用地面望远镜进行的红外研究表明，猎户四边形星团中存在许多褐矮星，但质量低于三倍木星的年轻天体尚未发现，这有两个原因。
图源：wiki
第一，地面与被研究天体之间的地球大气层在红外线中发出明亮的光。麦考琳解释说“从某种程度上，这有点像在白天进行可见波长的天文学观测，你可以依靠光看到相对明亮的东西，但你无法看到非常微弱的东西。而韦伯望远镜将会发射在地球发光的大气层上方，使这些研究得以进行。”
第二，与地面望远镜不同，韦伯望太空远镜自身温度非常低。麦考琳说：“人类自身温暖，会在红外线中发光，地面望远镜同样也会在红外线中发光。因此，这些质量为三倍木星的寒冷天体，几乎所有的光都会以相当长的波长发出，此时，望远镜本身会发出异常明亮的光。而在太空中，望远镜可以冷却到在这些波长下完全不发光的程度。这意味着突然之间你可以看到你从地面永远无法看到的新的、非常微弱且质量极低的年轻天体。
韦伯太空望远镜是一台强大的红外线太空望远镜，具备独一无二的功能，能够用来研究猎户星云等类似区域上的年轻恒星、褐矮星、自由漂浮的行星质量天体以及它们的原行星盘和喷射流。
詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2021年发射，成为世界上首屈一指的空间科学天文台，帮助人类揭开太阳系的奥秘，放眼于其它恒星的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。韦伯是由美国国家航空航天局及其合作伙伴欧洲航天局和加拿大航空航天局领头的一个国际项目。
作者: Ann Jenkins
FY:徐戈
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