詹姆斯·韦伯太空望远镜:下一个目标是什么?

T他推出了詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)于2021年12月25日发布，以及最近发布的第一批图像，已经生成在IAS校园进行了热烈的讨论甚至更远。该望远镜以其捕捉到的前所未见的天体物理现象的精美细节，震惊了世界。它获得这种图像的能力源于它在人眼看不见的红外光谱中观测的能力。

红外望远镜能比美国宇航局的可见光望远镜看到更多的东西哈勃太空望远镜而在1990年推出的该公司则不能。首先，星系尘埃云遮住了哈勃望远镜等望远镜观测到的许多天体。然而，大多数红外光可以直接穿过这些尘埃，就像x射线穿过身体，形成病人骨骼的图像一样，让我们看到更多的宇宙。此外，就像渐行渐远的汽笛音调的变化一样，来自遥远的渐行渐远星系的光也会被拉伸——或者“红移——远离可见光波长，进入红外线。詹姆斯·韦伯太空望远镜已经准备好精确地收集那些哈勃望远镜无法观测到的遥远星系的图像。

由于红外光是肉眼看不到的，来自JWST的数据必须经过处理和处理变成了一个虚假的彩色图像才能登上《纽约时报》的头版我们在电视和新闻发布会上看到的彩色图像都是由地球上的科学家着色的。这些颜色是经过精心挑选的，如果我们有红外线眼睛，就会给出图像的“逼真”视图，但也会突出特别重要的特征，为媒体制作引人注目的图片。

在最初5个月的运行中，JWST将为总共13个早期发布科学项目收集数据。在每个项目分配的观测时间内，科学家将决定望远镜“指向”什么。由Dominika Wylezalek(海德堡大学)、Sylvain Veilleux(马里兰大学)、David Rupke(罗德学院)和前IAS会员和客座教授共同领导的项目总共分配了17.4小时的观察时间Nadia Zakamska(约翰霍普金斯大学)。这个项目的标题是“Q-3D:类星体宿主的JWST成像光谱分析与强大的新的PSF分解和光谱分析包．”

为了更深入地了解该望远镜的意义，我们采访了扎卡姆斯卡，他的研究小组自2017年以来一直参与JWST的研究。

你能用JWST做什么新的科学研究?

我有非常广泛的科学兴趣天体物理学．目前，我的小组在JWST观测的第一年接受的所有项目都集中在超大质量黑洞和它们的主星系上。例如，我们将观测我们小组几年前通过盖亚任务和哈勃太空望远镜的数据发现的一对类星体，我们与岳神(UIUC)合作。当两个大质量星系碰撞并开始合并时，这样一对类星体就形成了，它们中心的超大质量黑洞都开始吞噬气体并被激活为类星体——由吸积气体发出的极其明亮的辐射源。至少这是我们目前对我们所发现的近距离类星体的性质的假设，通过JWST的观测，我们将能够探测到合并阵痛中的主星系，并测试这些想法是否正确。

我们小组的其他项目都集中在所谓的银河风上。在物质最终坠入超大质量黑洞的过程中，类星体会产生如此之多的辐射，以至于辐射压力可以将类星体宿主星系中可用的大部分或全部气体推出。这将在很长一段时间内阻止主星系中的恒星形成，因此类星体驱动的星系风被认为限制了宇宙中星系的最大恒星质量。大约十年前，我们的小组从地面上对这一过程进行了初步观察，我在一篇文章中谈到了一些早期的结果公众演讲2013年在该研究所。使用JWST，我们现在可以观测到宇宙中一些从地面上无法观测到的最极端的星系风。这是我们第一次可以研究它们对恒星形成的影响，到目前为止，这只是一个假设。

在未来，我计划为JWST提出观测各种其他类型的天文源的建议。现在，我对我们银河系中各种各样的奇异恒星感到兴奋，比如由于引力波发射而合并的双白矮星，可能是Ia型超新星供体残余的异常白矮星，以及恒星形成云的强大流出物。

在图片发布之前，你是如何参与JWST的?

2017年，我的研究小组参加了第一次望远镜提案的一般性呼吁，并以超过十比一的几率成功了。第一个提案是由我以前的博士后Dominika wylezalek(现在海德堡大学的小组负责人)，我自己，Sylvain Veilleux教授和David Rupke教授共同领导的。早开始的优势在于，我的团队早已熟悉该设施的技术能力，并一直在为JWST数据的科学分析开发工具。另一方面，我们现在面临着巨大的压力，要尽快将结果和软件交付给科学界，所以这将是我接下来几个月的主要工作。

你认为JWST对整个天体物理学领域的意义是什么?

我认为有两条途径可以产生持久的影响。其中之一当然是科学发现的绝对重要性。从本质上讲，这些发现有些不可预测，但如果我推测，JWST最重要的成就将是对系外行星的理解和对遥远宇宙的研究。

继1995年[迈克尔]马约尔和[迪迪埃]奎洛兹(联合获奖者)突破性地发现第一颗系外行星之后2019年诺贝尔物理学奖)，目前已知太阳系外有数千颗行星。其中许多是由美国宇航局的开普勒任务发现的，更多的是由美国宇航局的TESS任务发现的。JWST不久将首次提供这些行星大气层的一瞥，使科学家能够了解行星的组成。在遥远的宇宙方面，JWST的红外能力将使我们能够探测前所未有的宇宙红移，为发现宇宙中最早的恒星和星系提供了诱人的可能性。这些天体是如此遥远，以至于它们发出的光要花大爆炸以来的大部分时间才能到达我们，因此我们看到的是它们在宇宙初期出现的样子。

除了解决这些引人入胜的话题，JWST还将以另一种重要的方式影响天体物理学和整个社会。JWST是作为一个通用天文台而建造的，而不是为了回答某个特定的科学问题。此外，JWST的科学计划，就像NASA其他大天文台一样，是由竞争基础上的同行评审决定的。最后，JWST的提案过程对世界上任何人都是开放的。因此，JWST将本着人类共同事业的真正精神进行观测，整个社区都参与为这个惊人的新设施定义最令人兴奋的应用程序。

你认为100亿美元几十年的太空望远镜项目是天体物理学研究的前进方向吗?

有趣的现代天体物理学是在非常广泛的财政规模下进行的，从像凯克和JWST这样价值数十亿美元的设施，到用于特定科学目标的价值数百万美元的卫星，到大学拥有的小型望远镜和无线电天线，到业余天文学家在自己的后院使用望远镜，到理论家用他们的纸、笔和快速计算机。然而，美国天体物理学的研究前沿和雄心壮志无疑是由我们的旗舰设施决定的。那么，未来有哪些令人兴奋的、雄心勃勃的目标可能值得这样的投资呢?

很多年前，当我还是国际会计协会的成员和教授的时候彼得Goldreich在主持我们每日杂志俱乐部的讨论时，他说了一些对我产生了不可磨灭的影响的话，我会尽可能地把他的原话复述出来。“其他星球上的生命将在你的有生之年被发现，”他说，我们都盯着他，他停了一下。然后他又说:“不是我的，而是你的。”我认为这句话打动了我，因为彼得从来都不像是一个梦想家，所以这是一个现实的预测。

人类最深刻、最基本的追求之一是了解我们在宇宙中的位置，并确定其他世界是否有生命。放眼JWST之外，人类最激动人心的前沿领域之一将是探测和描述所谓的宜居系外行星。这些行星的质量正好适合拥有固体内核和稀薄的大气层，就像地球一样，而且它们与主星的距离恰好合适(因此温度也合适)，所以它们的表面有液态水。

我们是否在技术上和科学上接近这一目标最近由2020年天文学和天体物理学十年调查．该报告得出的结论是，耗资110亿美元的紫外线+光学+红外望远镜将于2040年发射，通过能够描述太阳系外的宜居行星，“有可能改变我们人类看待我们在宇宙中位置的方式”。此外，“这是一项技术前沿的探索，而且规模宏大，只有NASA才能承担”，这要归功于NASA在太空天体物理学方面的领先地位。

当然，我也希望在这个时间尺度上看到许多其他的——也许是更紧迫的——人类的问题得到解决。但是，对世界的好奇心和解决挑战所需的创造力使我们成为人类，并经常推动技术进步。像美国这样的富裕国家没有理由不能既解决公共健康和福祉等实际问题，又投资于基础天体物理学研究，以继续和加强美国在科学和高等教育方面的领导地位。