韦伯为超新星科学打开新窗口

美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜深入宇宙，首次让科学家们详细观察了当时宇宙年龄还只是现在的一小部分的超新星。一个团队利用韦伯数据，在早期宇宙中发现了比之前已知的多10倍的超新星。一些新发现的爆炸恒星是此类恒星中最遥远的例子，包括那些用于测量宇宙膨胀率的恒星。

“韦伯是一台超新星探测机器，”斯图尔德天文台和图森亚利桑那大学三年级研究生克里斯塔·德库尔西说。“发现的数量之多，加上这些超新星的距离之远，是我们这次调查最令人兴奋的两个结果。”

德库尔西在威斯康星州麦迪逊举行的美国天文学会第244次会议的新闻发布会上公布了这一发现。

“超新星发现机器”

为了获得这些发现，该团队分析了詹姆斯韦伯太空望远镜先进深空河外巡天(JADES)项目获得的图像数据。韦伯望远镜非常适合寻找极远的超新星，因为它们的光被拉伸到更长的波长——这种现象被称为宇宙红移。

在韦伯发射之前，仅发现少数红移超过2的超新星，这对应于宇宙只有33亿年的历史——仅为其当前年龄的25%。JADES样本包含许多超新星，它们在更早的过去爆炸，当时宇宙的年龄不到20亿年。

此前，研究人员曾利用美国宇航局的哈勃太空望远镜观测宇宙处于“青年期”时的超新星。借助JADES，科学家们可以看到宇宙处于“青少年期”或“青春期前”时的超新星。未来，他们希望能够回顾宇宙的“幼儿期”或“婴儿期”。

为了发现超新星，该团队比较了相隔一年拍摄的多张图像，并寻找在这些图像中消失或出现的源头。这些亮度随时间变化的物体被称为瞬变，超新星是一种瞬变。总的来说，JADES瞬变巡天样本团队在一片厚度仅为一臂之遥的米粒大小的天空中发现了大约80颗超新星。

“这实际上是我们首次从瞬变科学角度观察高红移宇宙的样本，”队友、美国宇航局爱因斯坦研究员、马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所(STScI)的贾斯汀·皮埃尔(JustinPierel)说道。“我们试图确定遥远的超新星是否与我们在附近宇宙中看到的超新星有根本的不同，或者非常相似。”

Pierel和其他STScI研究人员提供了专业分析，以确定哪些瞬变实际上是超新星，哪些不是，因为它们看起来非常相似。

研究小组发现了许多高红移超新星，其中包括迄今为止光谱证实的最远的一颗，红移为3.6。它的前身恒星在宇宙只有18亿年的时候就爆炸了。这是一颗所谓的核心坍缩超新星，是一颗大质量恒星的爆炸。

发现遥远的Ia型超新星

天体物理学家对Ia型超新星尤其感兴趣。这些爆炸的恒星非常明亮，因此它们被用来测量遥远的宇宙距离，并帮助科学家计算宇宙的膨胀率。研究小组发现至少有一颗Ia型超新星的红移为2.9。这次爆炸发出的光在115亿年前开始向我们传播，当时宇宙只有23亿年的历史。此前经光谱证实的Ia型超新星的距离记录是红移1.95，当时宇宙有34亿年的历史。

科学家们迫切希望分析高红移的Ia型超新星，看看它们是否都具有相同的固有亮度，无论距离如何。这一点至关重要，因为如果它们的亮度随红移而变化，它们就不是测量宇宙膨胀率的可靠标记。

皮埃尔分析了这颗红移为2.9的Ia型超新星，以确定其固有亮度是否与预期不同。虽然这只是第一颗此类天体，但结果表明没有证据表明Ia型亮度会随着红移而变化。需要更多数据，但目前，基于Ia型超新星的宇宙膨胀率及其最终命运理论仍然完好无损。皮埃尔还在美国天文学会第244届会议上介绍了他的研究结果。

展望未来

早期宇宙与现在截然不同，环境极端。科学家们预计，他们会看到来自恒星的古老超新星，这些恒星的重化学元素含量远低于太阳等恒星。将这些超新星与当地宇宙中的超新星进行比较，将有助于天体物理学家了解早期恒星的形成和超新星爆炸机制。

“我们实际上是在打开一扇观察瞬变宇宙的新窗口，”STScI研究员马修·西伯特(MatthewSiebert)说道，他负责JADES超新星的光谱分析。“从历史上看，每当我们这样做时，我们都会发现极其令人兴奋的东西——一些我们意想不到的东西。”

“由于韦伯望远镜非常灵敏，它几乎可以在它指向的任何位置发现超新星和其他瞬变，”JADES团队成员、图森亚利桑那大学研究教授EiichiEgami说道。“这是利用韦伯望远镜更广泛地勘察超新星的第一步。”