事實證明，美國太空總署的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）是一位出色的超新星獵手，得益於其極高的紅外線靈敏度，韋伯望遠鏡幾乎隨處都能發現遙遠的超新星。

韋伯望遠鏡非常適合用來識別極其遙遠的超新星，因為存在一種稱為宇宙學紅移的現象，在這種現像中，穿越宇宙的光線會被拉伸到更長的波長。來自遠古超新星的可見光被拉伸得如此之長，以至於最終出現在紅外線中。韋伯望遠鏡的儀器可以看到紅外光，因此非常適合尋找這些遙遠的超新星。

一個研究小組利用韋伯早期宇宙深度探測的數據，發現了比以前已知的多10 倍的古代超新星。這項研究是利用韋伯望遠鏡對遠古超新星進行更廣泛探測的第一步。

JADES 深度場使用的是NASA 詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）的觀測數據，這是JADES（JWST 高級河外星系深度巡天）計畫的一部分。一個研究JADES 數據的天文學家小組發現了大約80 個亮度隨時間變化的天體（綠色圈內）。這些被稱為瞬變天體的天體大多是恆星或超新星爆炸的結果。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、JADES 合作組織

美國國家航空暨太空總署（NASA）的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）深入窺探宇宙，為科學家首次提供了宇宙早期超新星的詳細資料。一個使用韋伯資料的研究小組發現，早期宇宙中的超新星比先前已知的多10 倍。其中一些新發現的爆炸恆星是同類恆星中最遙遠的例子，包括那些用來測量宇宙膨脹率的恆星。

“韋伯望遠鏡是一台發現超新星的機器，”圖森市亞利桑那大學斯圖爾特天文台的三年級研究生剋里斯塔-德庫西（Christa DeCoursey）說。 “探測到的超新星數量之多，加上這些超新星的距離之遠，是我們巡天觀測中最令人興奮的兩項成果”。

德庫西在威斯康辛州麥迪遜舉行的美國天文學會第244次會議的新聞發布會上介紹了這些發現。

來源：NASA、ESA、CSA、Ann Feild（STScI）

為了取得這些發現，研究小組分析了作為JWST 高級深河外星系巡天（JADES）計畫一部分而獲得的成像數據。韋伯望遠鏡非常適合尋找極其遙遠的超新星，因為它們的光線會被拉伸到更長的波長–這種現像被稱為宇宙學紅移。 (見上圖）。

在韋伯望遠鏡發射之前，只有少數超新星的紅移超過2，這相當於宇宙的年齡只有33億年–僅為目前年齡的25%。 JADES樣本包含了許多在更久遠的過去爆炸的超新星，當時宇宙的年齡還不到20億年。

以前，研究人員利用美國太空總署的哈伯太空望遠鏡觀測宇宙處於”青年期”時的超新星。透過JADES，科學家們看到了宇宙處於”十幾歲”或”前十幾歲”時的超新星。未來，他們希望能夠回望宇宙的”幼兒”或”嬰兒”階段。

為了發現這些超新星，研究小組比較了相隔一年的多個影像，尋找在這些影像中消失或出現的光源。這些觀測亮度隨時間變化的天體稱為瞬變體，而超新星就是瞬變體的一種。總之，JADES 瞬變巡天樣本小組在一片只有米粒粗細的天空中發現了大約80 個超新星。

這張馬賽克照片展示了從JADES（JWST 高級深河外星系巡天）計劃的數據中發現的約80 個瞬變天體（即亮度不斷變化的天體）中的三個。大多數瞬變體都是恆星或超新星爆炸的結果。透過對比2022 年和2023 年拍攝的圖像，天文學家可以找到從我們的視角來看最近才爆炸的超新星（如前兩列所示的例子），或者已經爆炸但其光線正在逐漸消失的超新星（第三列）。

每顆超新星的年齡都可以透過它的紅移（以”z”表示）來確定。最遙遠的超新星的紅移為3.8，它的光起源於宇宙只有17 億年的時候。紅移2.845 相當於宇宙大爆炸後23 億年。最接近的例子紅移為0.655，顯示的是大約60 億年前離開其星系的光線，當時宇宙的年齡剛好超過現在的一半。資料來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Christa DeCoursey（亞利桑那大學）、JADES 合作組織

位於馬裡蘭州巴爾的摩市的太空望遠鏡科學研究所（STScI）的美國宇航局愛因斯坦研究員賈斯汀-皮埃爾（Justin Pierel）說：”這確實是我們對高紅移宇宙的瞬態科學的第一個樣本。

皮埃爾和STScI 的其他研究人員提供了專家分析，以確定哪些瞬變實際上是超新星，哪些不是，因為它們往往看起來非常相似。

研究團隊發現了一些高紅移超新星，包括光譜學上確認的最遠的一顆，紅移為3.6。它的祖星在宇宙只有18 億歲時爆炸。這是一顆所謂的核心坍縮超新星，是一顆大質量恆星的爆炸。

這段動畫展示了白矮星爆炸的過程，白矮星是一顆恆星的殘餘物，密度極高，其核心已無法再燃燒核燃料。在這顆”Ia 型”超新星中，白矮星的引力從附近的恆星伴星那裡偷走了物質。當白矮星的質量估計達到目前太陽質量的1.4 倍時，它再也無法承受自身的重量，於是爆炸了。資料來源：NASA/JPL-Caltech

天文物理學家特別感興趣的是Ia 型超新星。 (這些爆炸的恆星非常明亮，可以用來測量遙遠的宇宙距離，幫助科學家計算宇宙的膨脹率。研究小組至少發現了一顆紅移為2.9 的Ia 型超新星。這顆爆炸產生的光在115 億年前開始向我們傳播，當時宇宙的年齡只有23 億年。

科學家迫切希望分析高紅移下的Ia型超新星，看看它們是否都具有相同的內在亮度，而與距離無關。這一點至關重要，因為如果它們的亮度隨紅移而變化，那麼它們就不能成為測量宇宙膨脹率的可靠標記。

Pierel 分析了這顆發現於紅移2.9 的Ia 型超新星，以確定其內在亮度是否與預期不同。雖然這只是第一個這樣的天體，但結果顯示沒有證據顯示Ia型亮度會隨紅移而改變。我們還需要更多的數據，但現在，基於Ia 型超新星的宇宙膨脹率理論及其最終命運仍然保持不變。皮埃爾也在美國天文學會第244次會議上介紹了他的研究成果。

早期宇宙的環境與現在截然不同。科學家期望看到來自恆星的古老超新星，這些恆星所含的重化學元素遠遠少於太陽這樣的恆星。將這些超新星與本地宇宙的超新星進行比較，將有助於天文物理學家了解早期恆星的形成和超新星的爆發機制。

STScI研究員馬修-西伯特（Matthew Siebert）說：”我們基本上為瞬變宇宙打開了一扇新窗口。從歷史上看，每當我們這樣做的時候，我們都會發現一些極其令人興奮的東西–一些我們意想不到的東西。

JADES團隊成員、亞利桑那大學圖森分校研究教授Eiichi Egami說：”由於韋伯望遠鏡非常靈敏，它幾乎能在其指向的所有地方發現超新星和其他瞬變體。這是利用韋伯望遠鏡對超新星進行更廣泛觀測的重要第一步。

編譯自: ScitechDaily