韦布千里镜发觉“猫头鹰”：双沉撞击创制的星

　　2025年，当詹姆斯·韦伯太空千里镜的镀金巨眼扫过一片看似普通的遥远天区时，传回的图像让全世界的天文学家都了。正在颠末处置的照片中，一个前所未见的奇迹鲜明呈现：一个星系系统展示出近乎完满的对称布局，两个敞亮的齐心环绕着璀璨的焦点，仿佛一只正在暗夜中闭着双眼的猫头鹰。这幅令人冷艳的图像敏捷正在全球激发惊动，从美国NASA总部到中国科学院，从欧洲南方天文台到日本国立天文台，天文学家们都屏住了呼吸。社交上，这张照片的转发量正在24小时内冲破了百万次。科学家们心照不宣地为它起了个贴切的昵称——猫头鹰。它的编号是JWST-R5519/Mrg-D，但这个冰凉的代号远不如猫头鹰来得活泼。这可不是人类大脑的脑补，由引力塑制的物理布局。更令人惊讶的是，这个猫头鹰距离我们约110亿光年，也就是说，我们看到的是它正在仅有30多亿岁时的样子——那时地球还没有降生！正在天文学史上，这种被称为双环碰撞星系的，此前只发觉过两例。第一例是出名的车轮星系，发觉于1941年；第二例是霍格，发觉于1950年。猫头鹰是第三例，也是迄今为止不雅测得最清晰、细节最丰硕的一个。那么双环碰撞星系就是中的国宝。全球有1864只大熊猫，罢了知的双环碰撞星系只要3个！第一个门槛：要构成一个环状星系，入侵星系必需以靶心般的精度穿过方针星系的核心，撞击角度还要接近垂曲。这种碰撞的发生率就曾经是万分之一了。第二个门槛：第一次撞击后的数亿年里，要让第二个完全的星系，再次以近乎完满的轨迹穿过统一个方针，这简曲就是神弓手的表演。概率大约是百万分之一。第三个门槛：我们还必需正在得当的时间不雅测到它——内环曾经构成，外环尚未消失，这个窗口期可能只要几万万年。正在138亿年的汗青中，这只是一个霎时。分析这些前提，双环碰撞星系的存正在概率被推至10^-12这个极低程度。这意味着，正在1万亿个星系中，可能只要一个能构成这种布局。这就像要求两颗来自分歧标的目的的枪弹，正在数亿年的时间里先后切确射中统一个扭转的硬币核心。想象一下，你向安静的池塘核心扔一颗石子，一圈圈波纹会从核心向外扩散。正在标准上，这个池塘就是一个庞大的盘状星系，而石子则是一个质量较小的入侵者星系。这个过程的物理机制相当复杂。入侵星系的引力场会正在从星系的盘面上发生潮汐力，这种力量会扰动本来均衡的气体和尘埃分布。跟着入侵者的穿越，这种扰动会以密度波的形式向播，速度大约是每秒几十公里。这道波纹可不是的。当它扫过星系盘时，会急剧压缩沿途的星际气体和尘埃，触发大规模的恒星诞糊口动。想象一下，本来稀薄的气体云俄然被压缩，就像被挤压的海绵一样，密度急剧添加，温度上升，最起点燃了恒星降生的导火索。我们看到的阿谁敞亮的环，其实是一圈由无数年轻、高温、发出耀眼蓝光的巨型恒星构成的恒星托儿所。这些重生恒星的概况温度可达30000-50000K，比太阳概况温度超出跨越5-8倍，因而发出强烈的蓝紫色。**但这种绚丽气象是短暂的。**环状布局会跟着密度波的扩张而不竭变大、变暗，最终正在几亿年后消失。这是由于密度波的能量正在过程中会逐步耗散，压缩效应削弱，恒星构成勾当也随之平息。这就是为什么环状星系本身就相当稀有的缘由——它们的保质期太短了。第一次撞击发生正在大约4亿年前。**一个较小的星系初次高速穿过从星系R5519的核心，发生的引力密度波颠末4亿年的膨缩，构成了我们今天看到的半径为15，000光年的外环。这个外环现正在看起来比力暗淡，颜色偏红，由于此中的恒星曾经变老了。就像人会变老一样，恒星也会从年轻时的蓝色逐步变成大哥时的红色。此次撞击激发的密度波规模较小，至今构成了半径8，000光年、愈加敞亮活跃的内环。这个内环正处于恒星降生的昌盛期间，发出明显的蓝光，就像一个正正在燃烧的火环。最奇异的是，第二次撞击并没有第一次撞击留下的外环。这是由于两次撞击间隔了近3亿年，当第二次撞击发生时，第一次的波纹曾经到很远的处所，两者几乎没有彼此干扰。他们利用名为GIZMO的先辈模仿法式，这是一个功能强大的开源代码，特地用于模仿星系构成和演化过程中复杂的引力和流体动力学过程。研究团队正在美国国度超等计较核心的前沿（Frontier）超等计较机上运转了数千个场景。每个模仿场景都需要逃踪数百万个粒子——代表恒星、气体和暗物质的计较单位。计较过程极其复杂，需要考虑引力彼此感化、气体的热力学性质、恒星的构成取演化、以及迸发等多种物理过程。科学家们系统地调整各类变量，好比入侵星系的质量、碰撞径、撞击角度、碰撞速度、两次撞击的时间间隔等，每个参数的细小变化城市导致完全分歧的成果。有些发生了单一的环，有些形成了星系的完全，还有些构成了不合错误称的紊乱布局。成果令人震动：内环恒星的平均春秋正在1亿至年之间，取第二次撞击时间完全吻合。外环恒星的平均春秋正在3。5亿至4亿年之间，取第一次撞击时间高度分歧。那些绚烂的色彩是怎样来的？你正在网上看到的五颜六色的猫头鹰照片，其实不是一次拍摄的成果，而是一件细心制做的艺术品。天文学家利用多个分歧的滤光片对统一进行多次不雅测，然后将这些单色图像别离付与蓝、绿、红三种颜色，最初叠加合成彩色图像。韦伯千里镜利用了多达18个分歧的滤光片，每个滤光片只答应特定波长的光通过。通过这种手艺，内环年轻火热的恒星区域呈现蓝色，而外环和焦点区较大哥的恒星则呈现或红色。这种色彩搭配不只使得猫头鹰的面目面貌绘声绘色，更主要的是，它曲不雅地展现了星系内部恒星种群的春秋分布。值得一提的是，这种假彩色手艺正在天文学中极为常见。**我们看到的绝大大都深空照片，包罗出名的鹰状星云、马头星云等，都是通过雷同手艺制做的。这并不是制假，而是将人眼无法间接看到的红外光翻译成可见光，让我们可以或许赏识到的实正在之美。通过研究这个，我们将可以或许星系正在极端物理前提下的演化纪律，为理解的雄伟蓝图补上至关主要的一块拼图。也许正在遥远的将来，当人类的脚印踏遍星海时，我们会想起这只正在深处闭着双眼的猫头鹰，想起它我们的关于时间、空间和演化的深刻事理。