這張令人震撼的圖像是迄今為止拍攝到的最全面的宇宙景象之一，揭示了星系的生動景觀以及十多個新發現的時變天體。美國國家航空和宇宙航行局（NASA）詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）和哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）的天文學家們再次將觀測力量結合在一起，創作出了一幅最細膩、色彩最豐富的宇宙畫卷，正好趕上了節慶。

MACS0416 的全色視圖，這是一個距離地球約43 億光年的星系團。這張影像是透過將美國太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的紅外線觀測數據與美國太空總署哈伯太空望遠鏡的可見光數據相結合而產生的。由此產生的藍色和紅色棱鏡全景圖為星系的距離提供了線索。圖片來源：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）

包括德州農工大學天文學家王立凡博士在內的研究小組將這幅新圖像命名為”聖誕樹星系團”，它結合了哈伯望遠鏡的可見光和韋伯望遠鏡探測到的紅外光，展示了距離地球約43億光年的星系團MACS0416。由於該星系團能夠透過一種被稱為重力透鏡的現象放大來自更遙遠背景星系的光線，因此研究人員能夠識別出放大的超新星，甚至是放大倍率非常高的單一恆星。

密蘇里大學天文學家閻昊晶博士（Haojing Yan）說：”我們稱MACS0416為聖誕樹星系團，既因為它色彩斑斕，也因為我們在其中發現了這些閃爍的燈光。”這篇論文由王立凡合著，已被接受發表在《天文物理學雜誌》。

自2006年以來，王立凡一直是德州農機大學物理和天文學係以及喬治-P.和辛西婭-伍茲-米切爾基礎物理和天文學研究所（George P. and Cynthia Woods Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy）的成員，他是一個時域天文學團隊的成員，該團隊正在利用JWST發現宇宙中最早的超新星，其中最古老的記錄可以追溯到宇宙誕生30多億年的時候。這個國際合作小組被稱為”用於重離子化和透鏡科學的主要河外星系區域”（PEARLS），由亞利桑那州立大學天文學家羅吉爾-溫德霍斯特（Rogier Windhorst）博士領導。

該團隊的方法之一是利用韋伯望遠鏡無與倫比的觀測能力來搜尋觀測亮度隨時間變化的天體，即所謂的瞬變天體。在JWST 發射前發表的2017 年白皮書中，王和他的合著者預測，這台望遠鏡將利用其強大的主成像儀–近紅外線相機（NIRCam）–在一次拍攝中發現幾個這樣的瞬變天體。他們引用MACS0416 影像及其包含的14 個瞬變天體作為佐證，並指出這些發現超出了研究小組的預測。

“JWST正在宇宙中發現大量的瞬變天體，主要是超新星，”王說。”它不僅發現了超新星，還發現了遙遠星系中被附近前景星系引力場放大的恆星。”

這些發現是透過對星系團MACS0416方向的天空區域進行反覆觀測而獲得的。北黃道極（NEP）是JWST能夠全年持續指向並取得資料的區域，是未來取得時域觀測資料的理想地點。前所未有的靈敏度使得一些超新星，例如白矮星爆炸產生的超新星能夠在整個宇宙中被偵測到，甚至可以追溯到宇宙剛開始形成第一批恆星的時代。

“天文學有兩個基本問題：第一批恆星是如何形成的，以及驅動宇宙膨脹的力量的性質是什麼JWST能夠發現的瞬變現象將為解決這些問題提供所需的數據。這些發現表明，JWST是研究宇宙黎明期微弱瞬變的最強大工具，宇宙黎明期是指宇宙從沒有恆星的黑暗時代走到今天的時代。它觀測到的超新星可以探究第一批恆星的誕生過程，以及宇宙膨脹到宇宙年齡不到10億年的過程。”

其中一些超新星很可能是低質量恆星死亡後演變成白矮星，並透過熱核爆炸爆發出來的。透過透鏡恆星可以研究遙遠宇宙中的單顆恆星。這些早期恆星也可能是質量非常大的恆星，它們透過所謂的成對生產不穩定過程產生極其明亮的瞬態。

「我們預計，這些『常規可發現』的瞬變將在解決宇宙黑暗時代的結束和暗宇宙膨脹的物理學問題方面具有巨大的潛力，」王說。