超級(jí)恒星

　　JWST還會(huì)探測(cè)遙遠(yuǎn)星系中爆發(fā)的恒星。這些超新星十分明亮，即使在遙遠(yuǎn)的距離上也能被看到。它們可以作為暗能量強(qiáng)有力的探測(cè)器，而暗能量則被視作是驅(qū)動(dòng)宇宙加速膨脹的原因。JWST所具備的靈敏度可以觀測(cè)到紅移在15左右的單個(gè)超新星，不過(guò)它們可能十分罕見(jiàn)、難以尋找。在建的大型地面望遠(yuǎn)鏡也許可以幫助JWST尋找合適的目標(biāo)。

　　宇宙膨脹的另一個(gè)結(jié)果是，我們會(huì)看到高紅移處的宇宙在以低速運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，一顆近距超新星通常只要花幾天的時(shí)間就能達(dá)到亮度峰值，然后再花幾個(gè)月的時(shí)間淡去。但是一顆出現(xiàn)在紅移為10處的超新星會(huì)花一個(gè)月的時(shí)間來(lái)達(dá)到亮度峰值，然后花數(shù)年的時(shí)間來(lái)變暗。為此你需要一個(gè)壽命較長(zhǎng)的探測(cè)任務(wù)以及耐心。

[圖片說(shuō)明]：JWST上搭載的近紅外攝譜儀中將使用幾十萬(wàn)個(gè)微快門(mén)（上圖），每一個(gè)可獨(dú)立開(kāi)啟和關(guān)閉的微快門(mén)只有幾根頭發(fā)絲的寬度（下圖）。版權(quán)：NASA。

　　天文學(xué)家相信第一代恒星具有至少100個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，所發(fā)出的光亮要超過(guò)太陽(yáng)數(shù)百萬(wàn)倍，在爆發(fā)成為超新星之前僅能存活幾百萬(wàn)年。雖然JWST也許能捕捉到一個(gè)這樣的罕見(jiàn)爆發(fā)，但它卻具有足夠的靈敏度來(lái)定位這些恒星的聚合體。第一代恒星是否會(huì)形成星團(tuán)？或者第一代恒星是否會(huì)抑制近鄰的恒星形成？我們都還不知道。

　　最近有研究提出，一種新奇的恒星可能會(huì)進(jìn)入JWST的視野中。這些恒星所包含的大部分是暗物質(zhì)，這些神秘的物質(zhì)構(gòu)成了宇宙物質(zhì)的大多數(shù)。

　　一些理論認(rèn)為暗物質(zhì)是由迄今未知的亞原子粒子所組成的，當(dāng)這樣的兩個(gè)粒子碰撞時(shí)就會(huì)發(fā)生湮滅，釋放出大量的能量。而這一暗物質(zhì)粒子的相互湮滅可以為恒星演化的新階段提供能源。

　　計(jì)算發(fā)現(xiàn)，這些暗物質(zhì)星（簡(jiǎn)稱“暗星”）的質(zhì)量可以達(dá)到100,000～10,000,000個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，直徑則可以達(dá)到日地距離的100倍。一旦湮滅過(guò)程耗盡了其核心的暗物質(zhì)，“暗星”就會(huì)轉(zhuǎn)變成一顆燃燒核燃料的普通大質(zhì)量恒星。它們最終會(huì)坍縮成黑洞――也許就此形成了今天在每個(gè)大型星系中心所發(fā)現(xiàn)的超大質(zhì)量黑洞的種子。這是一個(gè)驚人的預(yù)言，如果“暗星”真的存在，那將是非常奇妙的。

抽絲剝繭

　　在更為靠近我們的地方，JWST的紅外靈敏度還將使得它能探測(cè)恒星和行星形成的多塵場(chǎng)所。像獵戶星云這樣的正在形成恒星的造星工廠都位于在塵埃云之后，雖然看上去很美，但卻隱藏了其中正在發(fā)生的事情。HST已經(jīng)分辨出了最終可能會(huì)形成行星的含塵星周盤(pán)，但是JWST的紅外觀測(cè)能力和更高的分辨率將能穿透這些塵埃繭，使得天文學(xué)家可以一窺其中的產(chǎn)星過(guò)程。

　　JWST上所有的成像設(shè)備都包含了星冕儀，它可以遮擋中央恒星所發(fā)出的光進(jìn)而來(lái)觀測(cè)其附近暗弱的天體。2004年，HST使用這一技術(shù)在可見(jiàn)光波段首次拍攝了亮星北落師門(mén)周?chē)膮^(qū)域。圖像顯示了一個(gè)圍繞北落師門(mén)的塵埃環(huán)。有天文學(xué)家認(rèn)為，在北落師門(mén)和這個(gè)環(huán)內(nèi)邊緣之間有一顆行星正在通過(guò)引力擾動(dòng)這個(gè)環(huán)，并由此預(yù)言了這顆行星的位置。2008年這個(gè)小組使用HST直接拍攝到了這顆行星北落師門(mén)b。

　　JWST也許可以分辨出北落師門(mén)環(huán)中小到日地距離10倍的細(xì)節(jié)，這有可能會(huì)揭示出其他的行星。對(duì)于其他的近距盤(pán)系統(tǒng)，例如織女星，JWST還將做相同的事情。

　　HST和斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡都對(duì)凌星的熱類(lèi)木星大氣進(jìn)行了探測(cè)。熱類(lèi)木星是極為靠近其宿主恒星的太陽(yáng)系外氣態(tài)巨行星，它們有時(shí)候會(huì)從地球和其宿主恒星間經(jīng)過(guò)，造成凌星。JWST則將發(fā)現(xiàn)更小的外星行星，例如圍繞低溫紅矮星、僅幾倍于地球質(zhì)量的超級(jí)地球。使用星冕儀直接成像以及通過(guò)凌星對(duì)大氣進(jìn)行測(cè)量，JWST將成為一個(gè)外星行星巡天以及了解行星系統(tǒng)形成的強(qiáng)有力工具。

　　以上僅僅是JWST將要回答的一小部分科學(xué)問(wèn)題。在發(fā)射前一年，全世界的天文學(xué)家將提交觀測(cè)目標(biāo)和計(jì)劃。和HST的運(yùn)作方式一樣，一個(gè)科學(xué)小組會(huì)評(píng)估這些提案并為其中最好的安排觀測(cè)時(shí)間。NASA希望天文學(xué)家們能創(chuàng)新性地使用這架空間望遠(yuǎn)鏡。暗物質(zhì)星，奇特的地外行星，新生的星系，沒(méi)有人知道JWST最終會(huì)給我們帶來(lái)些什么意想不到的驚喜。