詹姆斯·韦伯望远镜揭示了明年的目标，包括巨型黑洞、系外卫星、暗能量等等

备受喜爱的詹姆斯·韦伯太空望远镜很快将开始制定 2024 年和 2025 年令人着迷的待办事项清单，包括对黑洞、外星卫星、暗能量等的研究。

太空望远镜科学研究所宣布，哪些天文学提案已被选中，将在未来两年内使用詹姆斯·韦伯太空望远镜进行研究。

周四（2 月 29 日），该组织概述了 253 个通用观察者 (GO) 计划，这些计划将使用人类最强大、最灵敏的太空望远镜，在 2024 年 7 月至 2025 年 6 月之间总共进行 5,500 小时。这个范围被称为 JWST 操作的第三周期。

第三周期将建立在这台价值 100 亿美元的望远镜前两年取得的科学进步的基础上，该望远镜于 2022 年开始传回数据。

JWST 的一些第三年目标包括潜在的系外卫星，即围绕系外行星的卫星、系外行星本身及其大气层、超大质量黑洞，甚至是远古时期存在的遥远星系。 詹姆斯韦伯太空望远镜还将研究宇宙中的大规模结构，以揭示有关宇宙加速膨胀和暗能量（驱动这种运动的神秘力量）的细节。

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寻找系外卫星的活动正在进行

在第三周期中有幸与 JWST 合作的幸运团队之一将寻找太阳系外的卫星。这些被称为太阳系外卫星，或简称为“系外卫星”。

哥伦比亚大学天文学助理教授大卫·基平 (David Kipping) 是希望在系外行星 Kepler-167e 周围找到卫星的团队的一员。这颗气态巨行星的大小和质量与木星相当，距离地球 1,115 光年。

“我们很高兴我们的一项提案被接受！”基平告诉 Space.com。 “我们围绕 Kepler-167e 进行的系外卫星搜索已被接受，这是我们寻找月球的最佳目标。”

到目前为止，外卫星已被证明是天文学家难以捉摸的课题，因为它们的搜寻采用与发现恒星周围系外行星相同的遮光技术。然而，当寻找地球以外的大世界时，这种技术已经足够困难了——用它来寻找小系外卫星是非常具有挑战性的。系外卫星不仅阻挡的光线比它们绕轨道运行的系外行星少得多，而且它们还需要在正确的时间处于正确的位置。

一颗可探测到的系外卫星必须在行星穿过或“凌日”其母恒星表面时精确地绕其行星运行，以便从我们在宇宙中的有利位置观察时遮挡一些光线。这种障碍物将被科学家的设备检测到，这将使他们能够反向计算出系外行星（或潜在的系外卫星）是否产生了它。

基平希望，通过使用 JWST 的近红外成像仪和无缝摄谱仪 (NIRISS) 聚焦 Kepler-167e，他和他的团队能够毫无争议地首次探测到系外卫星。 “这有望只是外卫星革命的开始。新世界肯定会蕴藏着一些非凡的秘密，”基平说。

当然，JWST 的 Cycle 3 GO 项目还包括大量针对系外行星本身而不仅仅是其潜在卫星的调查。其中包括一些希望确定某些系外行星是否具备支持我们所知的生命所需的条件的人。

在这些系外行星宜居性项目中，有一个名为“限制类地系外行星 TOI-4481b 的大气层”。这将使用 JWST 的中红外仪器 (MIRI) 持续 16 个小时，以确定一颗质量约为木星的系外行星是否能够悬挂在地球上，该系外行星围绕一颗质量约为太阳一半的恒星运行，距离约 39 光年。到它的气氛。

这一结果可以作为了解岩石行星宜居性和确定 M 型恒星（也称为红矮星）是否拥有具有重要大气层的类地行星的第一步。这对于寻找地球以外的生命非常重要，因为红矮星是银河系中最常见的恒星。

寻找超大质量黑洞

天文学家普遍认为，我们宇宙中的大多数大型星系的中心都有超大质量黑洞，其质量相当于数百万甚至数十亿个太阳。其中一些超大质量黑洞正在积极吞噬它们周围的气体和尘埃，这些气体和尘埃被称为吸积盘的物质盘包围着。

人们认为这些巨型黑洞的引力影响会加热吸积盘中的物质，导致它们在电磁频谱上发出明亮的辐射，并形成称为活动星系核（AGN）的区域。此外，任何未被黑洞吞噬的物质都可以被引导到黑洞的两极，在那里以接近光速的粒子射流的形式被喷出。当这种情况发生时，这种现象被称为类星体。

这些事件的剧烈条件使活动星系核和类星体成为宇宙中最亮的物体，它们的亮度通常足以超过周围星系中每颗恒星的总光。自从事件视界望远镜 (EHT) 在 2019 年揭示了第一张黑洞图像（位于梅西耶 87 星系 (M87) 中心的超大质量黑洞）以来，我们对超大质量黑洞的理论认识不断加深。

JWST 的第三周期任务将进一步促进这方面的知识。

JWST Cycle 3 超大质量黑洞观测计划包括对早期宇宙中的类星体和第一个黑洞的性质的研究。科学家希望了解这些黑洞在数十亿年来如何影响星系的生长。

JWST 对早期宇宙中超大质量黑洞的观测还可以揭示这些宇宙巨人是如何成长为科学家所观察到的巨大质量的——甚至在宇宙还没有 10 亿岁的时候。要回答这个问题，可以使用 MIRI 来调查大约 132 亿年前存在的巨大分子云是否可能直接坍缩，从而诞生一个“重黑洞种子”，从而解释快速增长机制。

泽维尔·卡尔梅特是苏塞克斯大学的研究员，研究黑洞与量子力学之间的交叉。他告诉 Space.com，他特别高兴看到 JWST 专注于超大质量黑洞和 AGNS。

“JWST Cycle 3 项目非常令人兴奋，”卡尔梅特解释道。 “鉴于我自己的研究兴趣，我特别渴望看到我们将了解有关黑洞的知识。”

詹姆斯·韦伯太空望远镜变大

詹姆斯韦伯太空望远镜的主要职责之一是研究早期宇宙中的物体。强大的太空望远镜具有这种能力，因为当来自遥远物体的光向我们传播时，宇宙的膨胀会拉伸光的波长，从而将波长移向电磁波谱的“红端”。

光到达我们的时间越长，光的红移就越大。这意味着传播了大约 120 亿年的光发生了极大的红移，一直进入电磁波谱的红外区域，超出了我们肉眼可见的范围。实际上，红外线对我们来说是不可见的。然而，JWST 能够观测这种红外光，从而有助于研究最早的恒星和最早的星系，它将在 2025 年通过多个 Cycle 3 GO 项目继续这样做。

卢兹·安吉拉·加西亚 (Luz Angela Garcia) 是哥伦比亚 ECCI 大学的宇宙学家，主要研究暗能量如何加速宇宙膨胀，这反过来又有助于研究宇宙演化。她对 GO 项目特别热衷，该项目将着眼于被称为“再电离时代”的宇宙演化时代，该时代发生在大爆炸后约 5 亿年。

在此期间，宇宙中的中性氢原子被辐射电离，剥夺了它们的电子，使它们成为电离氢或氢离子。研究高红移星系可以更多地揭示宇宙演化的这一关键阶段，包括第一个星系如何充当这种电离辐射的来源。

“引起我兴趣的一些建议是‘了解宇宙黎明时的星系形成’、‘早期宇宙中的星系风’和‘死还是活？揭示早期宇宙中大质量星系的本质，’”加西亚告诉《太空》杂志。 com. “所有这些被接受的项目都试图识别和描述驱动再电离时代的星系。

“这些提议大多数都集中在研究宇宙中第一个星系的特性——需要光谱确认的非常高的红移系统。”

这只是 Cycle 3 GO 项目将涵盖的主题范围的冰山一角。 2024年至2025年间，天文学家还将训练望远镜观察遥远的恒星，以更好地了解恒星物理和恒星族群，并检查恒星之间存在的气体，这些气体可以成为下一代恒星和行星的组成部分。尽管 JWST 的设计初衷是为了研究遥远的天体，但第三周期也将看到该天文台用于研究我们太阳系内的天体。其中包括寻找来自土星卫星土卫二的气体羽流来源、研究天王星环的动力学以及描述太阳系边缘柯伊伯带中存在的冰冷物体的特征。

除了 JWST 第 3 周期之外，第 4 周期 GO 提案征集将于 2024 年 8 月 1 日发出，截止日期定为今年 10 月 16 日。第 4 周期望远镜分配委员会 (TAC) 审查将于 2025 年 2 月 3 日至 2 月 12 日期间进行，选择将于明年 3 月 5 日左右公布。 JWST Cycle 4 GO 计划将于 2025 年 7 月 1 日开始观测宇宙。

STScI 网站上提供了已接受的第 3 周期 JWST 计划的完整列表。 

最初发布于Space.com。