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詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了大量遥远的超新星，为早期宇宙的结构和膨胀提供了新的见解。这包括在前所未有的距离探测到Ia型超新星，有助于我们对宇宙距离和宇宙膨胀的理解。来源:SciTechDaily.com

韦伯在早期宇宙中发现的超新星比已知的多10倍。

事实证明，美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜是一名出色的超新星猎手!由于其极高的红外灵敏度，韦伯几乎在任何地方都能发现遥远的超新星看起来是这样。

由于一种被称为宇宙红移的现象，韦伯是识别极遥远超新星的理想选择，在这种现象中，穿越宇宙的光被拉伸成零ng波长。来自古代超新星的可见光被拉伸得如此之大，以至于最终变成了红外线。韦伯的仪器被调到可以看到红外光，这使得它成为寻找这些遥远超新星的理想选择。

一个研究小组利用韦伯对早期宇宙的深度调查数据，发现了比以前已知的遥远超新星多10倍的超新星。这项研究是韦伯对古代超新星进行更广泛调查的第一步。

JADES深场使用美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)的观测结果，作为JADES (JWST高级深星系外调查)计划的一部分。研究JADES数据的一组天文学家发现了大约80个物体(用绿色圈出)，它们的亮度随时间而变化。这些被称为瞬变天体的天体大多是恒星或超新星爆炸的结果。资料来源:NASA, ESA, CSA, STScI, JADES合作

韦伯太空望远镜开启了超新星科学的新窗口

美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜深入宇宙，为科学家们提供了第一次详细观察超新星的机会，当时我们的宇宙只是它现在年龄的一小部分。一个利用韦伯数据的团队在早期宇宙中发现的超新星数量是之前已知的10倍。一些新发现的爆炸恒星是这类恒星中最遥远的例子，包括那些用来测量宇宙膨胀率的恒星。

“韦伯是一台发现超新星的机器，”图森市斯图沃德天文台和亚利桑那大学的三年级研究生克里斯塔·德库西说。“探测到的数量之多，加上与这些超新星的距离之远，是我们调查中最令人兴奋的两个结果。”

DeCoursey在威斯康星州麦迪逊市举行的美国天文学会第244次会议的新闻发布会上介绍了这些发现。

来源:NASA, ESA, CSA, Ann field (STScI)

“超新星发现机”

为了获得这些发现，研究小组分析了作为JWST高级深河外巡天(JADES)计划的一部分获得的成像数据。韦伯是寻找极遥远超新星的理想选择，因为它们发出的光被拉伸成更长的波长——一种被称为宇宙红移的现象。(见上图)

在韦伯发射之前，只有少数超新星在红移2以上被发现，这相当于宇宙只有33亿年的年龄，只有现在年龄的25%。JADES样本包含了许多超新星，这些超新星在宇宙还不到20亿年的时候就爆炸了。

此前，研究人员使用美国宇航局的哈勃太空望远镜观察宇宙处于“青年”阶段时的超新星。通过JADES，科学家们在宇宙处于“青春期”或“青春期前”时看到了超新星。在未来，他们希望回顾宇宙的“蹒跚学步”或“婴儿”阶段。

为了发现这颗超新星，研究小组比较了相隔一年拍摄的多张照片，并寻找在这些照片中消失或出现的来源。这些在观测到的亮度随时间变化的天体被称为瞬变天体，而超新星就是瞬变天体的一种。总的来说，JADES瞬态调查样本小组在一片只有米粒厚度的天空中发现了大约80颗超新星。

这张马赛克图显示了大约80个瞬变或亮度变化的物体中的三个，这些物体是由JADES (JWST高级深河外巡天)项目的数据识别出来的。大多数瞬变是恒星或超新星爆炸的结果。通过比较2022年和2023年拍摄的图像，天文学家可以找到从我们的角度来看，最近爆炸的超新星(如前两列所示的例子)，或者已经爆炸的超新星，其光线正在消失(第三列)。每颗超新星的年龄都可以通过它的红移(用“z”表示)来确定。最遥远的超新星发出的光，红移为3.8，起源于宇宙只有17亿年的时候。28.45的红移对应于宇宙大爆炸后的23亿年。最近的例子，红移为0.655，显示了大约60亿年前离开其星系的光，当时宇宙的年龄刚刚超过现在的一半。来源:NASA, ESA, CSA, STScI, Christa DeCoursey(亚利桑那大学)，JADES Collaboration

“这确实是我们在瞬态科学中第一个高红移宇宙的样本，”队友贾斯汀·皮埃尔说，他是马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所(STScI)的NASA爱因斯坦研究员。“我们正试图确定遥远的超新星与我们在附近宇宙中看到的超新星是根本不同还是非常相似。”

皮埃尔和其他STScI研究人员提供了专家分析，以确定哪些瞬变实际上是超新星，哪些不是，因为它们通常看起来非常相似。

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

这幅动画展示了一颗白矮星的爆炸，白矮星是一颗密度极高的恒星的残骸，它的核心不能再燃烧核燃料。在这颗“Ia型”超新星中，白矮星的引力从附近的恒星同伴那里偷走了物质。当白矮星达到目前太阳质量的1.4倍时，它就不能再维持自身的重量，然后爆炸。来源:美国国家航空航天局/姓名

发现遥远的Ia型超新星

天体物理学家特别感兴趣的是Ia型超新星。(见上面的视频。)这些爆炸的恒星是如此明亮，以至于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。研究小组发现了至少一颗红移为2.9的Ia型超新星。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。此前经光谱确认的Ia型超新星的距离记录是红移1.95，当时宇宙已有34亿年的历史。

科学家们渴望分析高红移的Ia型超新星，看看它们是否都具有相同的内在亮度，而不管距离如何。这一点至关重要，因为如果它们的亮度随着红移而变化，它们就不是测量宇宙膨胀率的可靠标志。

皮埃尔分析了这颗在红移2.9处发现的Ia型超新星，以确定它的内在亮度是否与预期不同。虽然这只是第一个这样的天体，但结果表明没有证据表明Ia型的亮度会随着红移而变化。需要更多的数据，但目前，基于Ia型超新星的关于宇宙膨胀率及其最终命运的理论仍然完好无损。皮埃尔还在美国天文学会第244次会议上介绍了他的发现。

展望未来

早期的宇宙是一个非常不同的地方，有着极端的环境。科学家们希望看到来自重化学元素含量远少于太阳的恒星的古老超新星。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这些早期的恒星形成和超新星爆炸机制。

“我们基本上打开了一扇研究瞬态宇宙的新窗口，”STScI研究员马修·西伯特说，他领导了JADES超新星的光谱分析。“从历史上看，每当我们这样做的时候，我们都会发现一些非常令人兴奋的事情——一些我们没有预料到的事情。”

JADES团队成员、图森亚利桑那大学(University of Arizona)的研究教授Eiichi Egami说:“因为韦伯非常敏感，它几乎在它指向的任何地方都能发现超新星和其他瞬变现象。”“这是韦伯对超新星进行更广泛调查的重要的第一步。”

詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦伯正在解开我们太阳系的谜团，放眼其他恒星周围的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源，以及我们在其中的位置。韦伯是一个国际化的人美国国家航空航天局(NASA)及其合作伙伴欧洲航天局(ESA)和加拿大航天局(CSA)领导的一个项目。