美國國家航空暨太空總署（NASA）的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡和哈伯太空望遠鏡共同研究了一個名為MACS0416 的廣闊星系團。由此產生的全色影像結合了可見光和紅外光，是迄今為止拍攝到的最全面的宇宙景觀之一。MACS0416 距離地球約43 億光年，是一對相互碰撞的星系團，它們最終將結合成一個更大的星系團。

這幅星系團MACS0416的全色視野是將NASA詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的紅外線觀測資料與NASA哈伯太空望遠鏡的可見光資料結合在一起製作而成的。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Jose M. Diego（IFCA）、Jordan CJ D’Silva（UWA）、Anton M. Koekemoer（STScI）、Jake Summers（ASU）、Rogier Windhorst（ASU）、Haojing Yan （密蘇里大學）

這張影像揭示了大量的細節，只有將兩台太空望遠鏡的威力結合起來才有可能實現。其中包括星團外的大量星系和隨時間變化的星源，這可能是由於重力透鏡–來自遙遠背景源的光的扭曲和放大造成的。

這個星系團是2014年啟動的一項雄心勃勃的哈伯合作計劃- “前沿領域”所提供的一組前所未有的超深度宇宙視圖中的第一個。哈伯率先發現了一些最暗淡、最年輕的星系。韋伯的紅外線視野透過其紅外線視野深入更遠的早期宇宙，大大加強了這個深度觀測。

亞利桑那州立大學的羅吉爾-溫德霍斯特（Rogier Windhorst）說：”我們正在哈伯的遺產基礎上，向更遠的距離和更暗的天體推進。”溫德霍斯特是PEARLS計劃（ Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science）的首席研究員，該計劃負責韋伯望遠鏡的觀測工作。

哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）用光學光（左）和詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）用紅外光（右）看到的星系團MACS0416 的並排對比顯示了不同的細節。兩幅圖像都顯示了數百個星系，然而，韋伯圖像顯示的星系在哈伯圖像中是看不到的，或者只能勉強看到。這是因為韋伯的紅外線視覺可以探測到太遙遠或塵埃太多的星系，哈伯無法看見。(由於宇宙的膨脹，來自遙遠星系的光線會發生紅移）。韋伯的總曝光時間約為22 小時，而哈伯影像的曝光時間為122 小時。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI

了解影像顏色和科學目標

為了製作影像，一般來說，最短波長的光用藍色編碼，最長波長的光用紅色編碼，中間波長的光用綠色編碼。波長範圍從0.4 微米到5 微米，產生的星系景觀特別生動。

這些顏色提供了星系距離的線索： 最藍的星系相對較近，通常顯示出密集的恆星形成，這一點哈伯望遠鏡探測到的最為明顯；而較紅的星系往往距離較遠，韋伯望遠鏡就探測到了這一點。有些星系看起來非常紅，這是因為它們含有大量的宇宙塵埃，這些塵埃往往會吸收較藍顏色的星光。

只有將韋伯數據與哈伯數據結合起來，整個畫面才會變得清晰。

雖然新的韋伯觀測數據為這一美學觀點做出了貢獻，但它們也是為了特定的科學目的而拍攝的。研究小組將他們的三次觀測（每次觀測相隔數週）與CANUCS（加拿大NIRISS 無偏星團巡天）研究小組的第四次觀測相結合。目的是尋找觀測亮度隨時間變化的天體，即所謂的瞬變天體。

他們在整個視場中發現了14 個這樣的瞬變體。其中12 個瞬變體位於三個被重力透鏡高度放大的星系中，很可能是短暫被高度放大的單一恆星或多星系統。其餘兩個瞬態位於放大率較適中的背景星系中，很可能是超新星。

「我們稱MACS0416為聖誕樹星系團，因為它色彩斑斕，也因為我們在其中發現了這些閃爍的燈光。我們到處都能看到瞬變現象，」哥倫比亞密蘇里大學的Haojing Yan 說，他是一篇描述科學成果的論文的第一作者。

在相對較短的觀測時間內發現如此多的瞬變現象表明，天文學家可以透過韋伯望遠鏡的定期監測，在這個星團和其他類似星團中發現更多的瞬變現象。

在研究小組發現的瞬態天體中，有一個特別引人注目。它位於宇宙大爆炸後約30 億年的一個星系中，被放大了至少4000 倍。研究小組給這個恆星系統起了個綽號叫”飛蛾”（Mothra），意在向它的”怪物本性”致敬，因為它既非常明亮，又被極度放大。這顆恆星與研究人員先前發現的另一顆綽號為”哥吉拉”的透鏡狀恆星一樣。(哥吉拉和蛾摩拉都是日本電影中被稱為”怪獸”的巨型怪獸）。

這張星系團MACS0416 的圖像突顯了一個特殊的重力透鏡背景星系，它存在於宇宙大爆炸後約30 億年。該星系包含一個瞬態天體，即觀測亮度隨時間變化的天體，科學小組將其暱稱為”飛蛾”。飛蛾”是一顆被放大了至少4000 倍的恆星。研究小組認為，”飛蛾”不僅受到了MACS0416星系團引力的放大，還受到了一個被稱為”毫透鏡”的物體的放大，這個物件的重量可能與球狀星團相當。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Jose M. Diego（IFCA）、Jordan CJ D’Silva（UWA）、Anton M. Koekemoer（STScI）、Jake Summers（ASU ）、Rogier Windhorst（ASU）、Haojing Yan（密蘇里大學）

有趣的是，在九年前拍攝的哈伯觀測數據中也能看到”飛蛾”。這很不尋常，因為要將一顆恆星放大到如此之大，需要前景星系團和背景恆星之間有一個非常特殊的排列。恆星和星系團的相互運動最終應該會消除這種排列。

最有可能的解釋是，前景星系團中還有一個額外的天體在增加放大倍率。研究小組能夠將其品質控制在太陽質量的10,000 到100 萬倍之間。然而，這個所謂的”毫透鏡”的確切性質仍然未知。

由哈伯的ACS 和WFC3 以可見光拍攝，以及由韋伯的NIRCam 以紅外光拍攝的星系團MACS0416 的圖像，並附有羅盤箭頭、比例尺和參考色鍵。向北和向東的羅盤箭頭表示影像在天空中的方位。請注意，相對於地面地圖上的方向箭頭（從上往下看），天空中的北方和東方之間的關係（從下往上看）是顛倒的。刻度線以弧分為單位，弧分在天空的角度相當於一度的六十分之一。(整個影像的寬度約為2.2 弧分。這幅影像顯示的是轉換為顏色的可見光和近紅外線波長。色鍵顯示了收集光線時使用的哈伯ACS 和WFC3 以及Webb NIRCam 濾光片。每個濾光片名稱的顏色就是用來表示通過此濾光片的光線的可見光顏色。
資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Jose M. Diego（IFCA）、Jordan CJ D’Silva（UWA）、 Anton M. Koekemoer（STScI）、Jake Summers（ASU）、Rogier Windhorst（ASU）、Haojing Yan（密蘇里大學）

“最有可能的解釋是一個球狀星團，它太暗了，韋伯無法直接看到，”詳細介紹這一發現的論文的第一作者、西班牙坎塔布里亞科學研究所的何塞-迭戈（Jose Diego）說。”但我們還不知道這個額外透鏡的真實性質。”

Yan等人的論文已被接受發表在《天文物理學報》上。Diego 等人的論文發表在《天文學與天文物理學》。