要了解星系，必須先了解恆星是如何形成的。來自世界各地的100多名研究人員合作，將世界上最強大的射電、可見光和紫外線望遠鏡對附近螺旋星系的觀測結果匯集在一起，並將很快增加美國宇航局（NASA）的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的一整套高分辨率紅外圖像。

有了這個突破性的數據集，天文學家將能夠研究恆星在黑暗、多塵的氣體雲中開始形成時的情況，解開這些年輕恆星吹走氣體和塵埃時的問題，並識別出更成熟的恆星，它們正在撲滅氣體和塵埃層–所有這些都是第一次在一組不同的螺旋星系中出現。

螺旋形是宇宙中最迷人的一些形狀。宇宙範圍內的螺旋形–如在星系中看到的那樣–更加引人注目，不僅因為它們的美麗，而且還因為它們包含的大量信息。恆星和星團是如何形成的？在運行的第一年內，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將通過19個星系的高分辨率紅外光圖像，幫助研究人員完成一幅更詳細的恆星生命週期的草圖。

該望遠鏡還將提供一些直到現在還缺少的關鍵“拼圖”。位於亞利桑那州圖森市的國家科學基金會NOIR實驗室的雙子座天文台首席科學家Janice Lee說：“JWST觸及了恆星生命週期的許多不同階段–所有這些都具有極大的分辨率。韋伯將揭示恆星形成的最早期階段，就在氣體坍縮形成恆星並加熱周圍塵埃的時候。”

與Lee一起工作的還有來自約翰斯·霍普金斯大學的David Thilker、德國海德堡大學的Kathryn Kreckel，以及被稱為PHANGS（鄰近星系高角度分辨率物理學）的多波長調查項目的另外40名成員。他們的任務是什麼？不僅要用韋伯的高分辨率紅外圖像揭開恆星形成的神秘面紗，而且要與整個天文界分享數據集，以加速發現。

星體形成的節律

PHANGS的新穎之處在於，它匯集了100多位國際專家，從頭到尾研究恆星的形成。他們的目標是那些從地球上可以正面看到的星系，這些星系平均在5000萬光年之外。這項大型合作始於智利阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）的90個星系的微波光圖像。天文學家利用這些數據來製作分子氣體圖，以研究恆星形成的原材料。一旦同樣位於智利的甚大望遠鏡的多單元光譜探測器（MUSE）儀器上線，他們就獲得了被稱為光譜的數據，以研究19個星系的恆星形成的後期階段，特別是在星團清除了附近的氣體和灰塵之後。哈勃太空望遠鏡對38個星系進行了可見光和紫外光觀測，以增加單個恆星和星團的高分辨率圖像。

韋伯將填補缺失的元素，這些元素主要是在星系中被塵埃掩蓋的區域–這些區域的恆星正積極地開始形成。Thilker說：“我們將清楚地看到這些密集分子云中心的星團，而之前我們只有間接證據。韋伯為我們提供了一種方法來觀察這些’恆星工廠’的內部，以看到新形成的星團，並在它們演化之前測量它們的特性。”

新的數據還將幫助研究小組確定不同星系樣本中恆星群體的年齡，這將幫助研究人員建立更準確的統計模型。“我們總是把小尺度的背景放到星系的大畫面中，” Kreckel解釋說。“通過韋伯，我們將追踪每個星系的恆星和星團的演化順序。”

他們正在尋求的另一個重要答案涉及恆星周圍的塵埃，在星際介質內。韋伯將幫助他們確定哪些區域的氣體和塵埃與特定的恆星形成區域有關，哪些是自由漂浮的星際物質。“這在以前是做不到的，在最近的星系之外。它將是變革性的，”Thilker補充說。

該團隊還在努力了解恆星形成周期的時間。Lee說：“時間尺度在天文學和物理學中是至關重要的。恆星形成的每個階段會持續多長時間？這些時間線在不同的星系環境中可能會有什麼變化？我們想測量這些恆星何時從它們的氣體雲中解脫出來，以了解恆星形成是如何被打亂的。”

這些韋伯觀測將作為美國財政部計劃的一部分，這意味著它們不僅可以立即向公眾提供，而且還將具有廣泛和持久的科學價值。該團隊將努力創建和發布數據集，使韋伯的數據與來自ALMA、MUSE和哈勃的每一個補充數據集保持一致，使未來的研究人員能夠輕鬆地篩選每個星系及其恆星群，切換各種波長–並放大到圖像的各個像素。它們將為恆星形成周期的不同階段提供清單，包括恆星形成區域、年輕恆星、星團和當地的塵埃特性。

這項研究將作為韋伯的通用觀察員（GO）計劃的一部分進行，這些觀察員是通過雙匿名審查系統競爭性選擇的，與哈勃太空望遠鏡的時間分配系統相同。