詹姆斯·韦伯太空望远镜观察球状星团M92 _太空

詹姆斯·韦伯太空望远镜的NIRCam仪器拍摄的球状星团M92的图像。这张图片是使用四种不同的滤镜四次曝光合成的:F090W (0.9微米)显示为蓝色；青色的F150W (1.5微米)；黄色的F277W (2.77微米)；红色为f44w(4.44微米) 。中间的黑色条带是芯片间隙，是NIRCam的两个长波长探测器分离的结果。这个间隙覆盖了星系团致密的中心，它太亮了，以至于无法同时捕捉到较暗、较不致密的星系团外围。这幅图像大约5弧分(39光年)宽。Image credit: NASA, ESA, CSA, A. Pagan (STScI).
据美国宇航局（Thaddeus Cesari）：编者按:这篇文章强调了来自《韦伯科学进展》的数据，这些数据还没有通过同行评审。
2022年6月20日，詹姆斯·韦伯太空望远镜花了一个多小时盯着梅西耶92 (M92)，这是一个位于银河系晕中27000光年远的球状星团。该观察是韦伯进行的第一次科学观察之一，是早期释放科学(ERS)计划1334的一部分，该计划是13个ERS计划之一，旨在帮助天文学家了解如何使用韦伯并充分利用其科学能力。
我们采访了意大利航天局的马特奥·科伦蒂；来自加州大学伯克利分校的亚历山德罗·萨维诺；罗格斯大学的罗杰·科恩；和雷神技术公司的安迪·海豚一起了解更多关于韦伯对M92的观测，以及该团队如何利用这些数据来帮助其他天文学家。(去年11月，Kristen McQuinn与我们谈论了她在矮星系WLM上的工作，这也是该计划的一部分。)
请告诉我们这个ERS计划。你想完成什么？
亚历山德罗·萨维诺:这个特别的项目专注于已解析的恒星群体。这些像M92一样的大型恒星群非常接近——近到足以让韦伯能够挑出系统中的单个恒星。从科学上来说，像这样的观察是非常令人兴奋的，因为正是从我们的宇宙邻居那里，我们了解了许多恒星和星系的物理学，我们可以将其转化为我们在更远的地方看到的物体。
马特奥·科伦蒂:我们也试图更好地了解望远镜。该项目有助于改进校准(确保所有测量尽可能准确)，有助于改进其他天文学家和其他类似项目的数据。
你为什么决定特别关注M92？
萨维诺:像M92这样的球状星团对于我们理解恒星演化非常重要。几十年来，它们一直是理解恒星如何工作、恒星如何演化的主要基准。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；这是我们研究恒星演化和恒星系统的参考资料之一。
科伦蒂:M92重要的另一个原因是因为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的年龄在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它们。我们可以用像这样的邻近星团作为非常古老宇宙的示踪剂。
罗杰·科恩:我们选择M92也是因为它非常致密:有许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，我们可以测试韦伯在这一特定领域的表现，我们需要对距离非常近的恒星进行测量。
球状星团的哪些特征有助于研究恒星如何演化？
Andy Dolphin:一个主要的事情是M92中的大部分恒星可能在大致相同的时间形成，具有大致相同的元素组合，但具有广泛的质量。所以我们可以对这些特殊的恒星进行很好的观察。
萨维诺:另外，由于这些恒星都属于同一个天体(同一个球状星团M92)，我们知道它们离我们的距离都差不多。这对我们很有帮助，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。这使得与模型的比较变得非常非常容易。
哈勃太空望远镜和其他望远镜已经研究过这个星团。我们可以从韦伯身上看到哪些我们还没有看到的东西？
科恩:韦伯和哈勃之间的一个重要区别是，韦伯工作在更长的波长，在那里非常冷，低质量恒星发出大部分的光。韦伯设计得很好，可以观察非常酷的恒星。我们实际上能够触及到最小质量的恒星——小于太阳质量0.1倍的恒星。这很有趣，因为这非常接近恒星不再是恒星的边界。(在这一界限之下是褐矮星，它们的质量非常低，以至于无法点燃其核心中的氢气。)
科伦蒂:韦伯也快了很多。要用哈勃观察非常微弱的低质量恒星，你需要数百小时的望远镜时间。有了韦伯，只需要几个小时。
科恩:这些观测实际上并不是为了挑战望远镜的极限。所以看到我们仍然能够探测到如此小而暗的恒星而不用非常非常努力，这是非常令人鼓舞的。
这些低质量恒星有什么好玩的？
萨维诺:首先，它们是宇宙中数量最多的恒星。第二，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更不确定。
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理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影响。
看起来你拍摄的图像中间有很大的空隙。那是什么，为什么会在那里？
海豚:这张图片是用韦伯的近红外照相机(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经获得的数据很好地重叠了。

韦伯的NIRCam仪器拍摄的球状星团M92的细节。这个视野覆盖了整个图像右半部分的左下四分之一。球状星团是由几乎同时形成的紧密排列的恒星组成的致密物质。在M92中，大约有30万颗恒星聚集成一个直径约100光年的球体。M92中间一颗行星的夜空将闪耀着数以千计的星星，这些星星看起来比我们自己的天空亮几千倍。该图像显示了距中心不同距离的恒星，这有助于天文学家理解星团中恒星的运动以及运动的物理过程。Image credit: NASA, ESA, CSA, A. Pagan (STScI).
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？
Dolphin:我们开发并提供给天文学界的一个重要资源是DOLPHOT NIRCam模块。这与一个现有的软件一起工作，该软件用于自动检测和测量恒星和其他未分辨物体(具有类似恒星外观的物体)的亮度。这是为哈勃上的照相机开发的。为NIRCam(以及NIRISS，Webb的另一个仪器)添加这个模块，允许天文学家使用他们从哈勃了解的相同分析程序，另外的好处是现在能够一次性分析哈勃和Webb的数据，以获得组合望远镜恒星目录。
萨维诺:这是一个非常大的社区服务组成部分。对大家都有帮助。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。亚历山德罗·萨维诺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。Andy Dolphin是亚利桑那州图森市雷神技术公司的技术人员。