韦布观测到一个由分离恒星组成的球状星团

詹姆斯·韦伯太空望远镜的NIRCam仪器拍摄到的球状星团M92的图像。该图像由四种不同滤镜的四次曝光合成而成：F090W（0.9微米）以蓝色显示；F150W（1.5微米），青色；黄色F277W（2.77微米）；和F444W（4.44微米）的红色。中心的黑带是芯片间隙，这是NIRCam的两个长波长探测器之间分离的结果。这个缺口覆盖了星团密集的中心，它太亮了，无法与星团较暗、密度较低的外围同时捕捉到。这张照片的直径约为5角分（39光年）。从太空望远镜科学研究所的资源库下载M92的全分辨率图像。

编者按：这篇文章重点介绍了韦布科学正在进行的数据，这些数据尚未通过同行评审。

2022年6月20日，詹姆斯·韦伯太空望远镜花了一个多小时凝视梅西耶92（M92），这是一个位于银河系光环中的球状星团，距离我们27000光年。这项观测是韦布进行的首批科学观测之一，是早期释放科学（ERS）计划1334的一部分，该计划是13个早期释放科学计划之一，旨在帮助天文学家了解如何使用韦布并充分利用其科学能力。

我们采访了意大利航天局的Matteo Correnti；加州大学伯克利分校的Alessandro Savino；罗格斯大学的罗杰·科恩；以及雷神技术公司的Andy Dolphin，以了解更多关于韦布对M92的观测，以及该团队如何利用这些数据帮助其他天文学家。（去年11月，Kristen McQuinn与我们谈论了她在矮星系WLM方面的工作，这也是该项目的一部分。）

告诉我们这个ERS计划。你想完成什么？

Alessandro Savino：这个特别的项目专注于已解决的恒星种群。这些是像M92这样的大型恒星群，距离很近，韦布可以挑出系统中的单个恒星。从科学上讲，像这样的观测是非常令人兴奋的，因为正是从我们的宇宙邻居那里，我们学到了许多恒星和星系的物理知识，我们可以将其转化为我们看到的更远的物体。

马特奥·科伦蒂：我们也在努力更好地理解望远镜。该项目有助于改进校准（确保所有测量尽可能准确），为其他天文学家和其他类似项目改进数据。

为什么你决定特别关注M92？

Savino：像M92这样的球状星团对我们理解恒星演化非常重要。几十年来，它们一直是了解恒星如何工作、恒星如何进化的主要基准。M92是一个经典的球状星团。它就在附近；我们对它的理解相对较好；这是我们在恒星演化和恒星系统研究中的参考文献之一。

科伦蒂：M92之所以重要，另一个原因是它是银河系中最古老的球状星团之一，如果不是最古老的话。我们认为M92的使用寿命在120亿到130亿年之间。它包含了一些我们能找到的最古老的恒星，或者至少我们能很好地分辨和表征这些恒星。我们可以使用附近的星团作为非常古老的宇宙的示踪剂。

罗杰·科恩：我们选择M92也是因为它非常密集：有很多恒星非常紧密地聚集在一起。（星团中心的密度是太阳周围区域的数千倍。）通过观察M92，我们可以测试韦布在这种特殊情况下的表现，在这种情况下，我们需要测量距离非常近的恒星。

球状星团的哪些特征使其对研究恒星如何演化有用？

Andy Dolphin：主要的一点是，M92中的大部分恒星可能在大致相同的时间形成，元素组合大致相同，但质量范围很广。因此，我们可以对这一特定的恒星群体进行一次非常好的调查。

Savino：此外，由于这些恒星都属于同一个物体（同一个球状星团M92），我们知道它们离我们的距离大致相同。这对我们有很大帮助，因为我们知道不同恒星之间的亮度差异一定是内在的，而不仅仅与它们的距离有关。它使与模型的比较变得非常容易。

哈勃太空望远镜和其他望远镜已经对这个星团进行了研究。我们能从韦布身上看到哪些我们还没有看到的东西？

科恩：韦布和哈勃的一个重要区别是，韦布的工作波长更长，在那里，非常凉爽、低质量的恒星会发出大部分光。韦布被精心设计用来观测非常凉爽的恒星。事实上，我们能够到达质量最低的恒星——质量小于太阳0.1倍的恒星。这很有趣，因为这非常接近恒星停止成为恒星的边界。（在这个边界以下是棕矮星，它们的质量太低，以至于无法点燃内核中的氢。）

科伦蒂：韦布也快很多。要用哈勃望远镜看到非常微弱的低质量恒星，你需要数百小时的望远镜时间。韦布只需要几个小时。

科恩：这些观测实际上并不是为了突破望远镜的极限而设计的。因此，看到我们仍然能够探测到如此微小、微弱的恒星，而不需要非常非常努力，这是非常令人鼓舞的。

这些低质量恒星有什么有趣的地方？

萨维诺：首先，它们是宇宙中数量最多的恒星。其次，从理论的角度来看，它们非常有趣，因为它们一直很难观察和表征。尤其是质量小于太阳一半的恒星，我们目前对恒星模型的理解有点不确定。

科伦蒂：研究这些低质量恒星发出的光也可以帮助我们更好地限制球状星团的年龄。这有助于我们更好地了解银河系的不同部分（如M92所在的光环）是何时形成的。这对我们理解宇宙历史有着重要意义。

看起来你拍摄的图像中间有一个很大的缺口。那是什么？为什么会在那里？

海豚：这张照片是用韦布的近红外相机（NIRCam）拍摄的。NIRCam有两个模块，两者之间有一个“芯片间隙”。星团的中心非常拥挤，非常明亮。因此，这将限制该地区数据的有用性。这些图像的位置与哈勃已有的数据很好地重叠。

正方形图像，由不同大小和亮度的蓝色、白色、黄色和红色光点填充，其中大部分是恒星。更大、更亮的恒星显示出韦布独特的衍射图案，由八个从中心辐射的尖峰组成。右下方是一个标为2光年的比例尺。比例尺是图像宽度的九分之二，表明在整个图像中，相邻恒星之间的距离只有一光年的一小部分。恒星的密度和图像的亮度在图像的左上部分最大，在那里恒星离得更近，并且朝着它们离得更远的右下部分逐渐减小。更大、更亮的恒星的数量似乎也从左上角向右下角减少。

韦布的NIRCam仪器捕捉到的球状星团M92的细节。该视场覆盖了完整图像右半部分的左下四分之一。球状星团是在同一时间形成的密集恒星。在M92中，大约有300000颗恒星聚集在一个直径约100光年的球体中。M92中心行星的夜空会闪耀着数千颗恒星，它们的亮度比我们自己天空中的恒星高出数千倍。这张图像显示了距离中心不同距离的恒星，这有助于天文学家了解星团中恒星的运动以及这种运动的物理性质。

你的主要目标之一是为其他科学家提供工具。你特别兴奋的是什么？

海豚：我们开发并向天文界提供的关键资源之一是DOLPHOT NIRCam模块。这与现有的一款软件配合使用，该软件用于自动检测和测量恒星和其他未解决物体（具有类似恒星外观的物体）的亮度。这是为哈勃望远镜上的相机开发的。为NIRCam添加这个模块（以及为韦伯的另一台仪器NIRISS添加一个模块），天文学家可以使用他们从哈勃望远镜了解到的相同分析程序，还有一个额外的好处，即现在可以一次性分析哈勃和韦伯的数据，以获得组合的望远镜恒星目录。

Savino：这是一个非常大的社区服务组成部分。这对每个人都有帮助。这使得分析变得更加容易。

关于作者：

Matteo Correnti是意大利航天局空间科学数据中心和意大利罗马国家天体物理研究所的研究员。

Alessandro Savino是加州大学伯克利分校的博士后。

罗杰·科恩是新泽西州新不伦瑞克罗格斯大学的博士后。