用COSMOS-Webb绘制宇宙最早的结构和暗物质分布

这个雄心勃勃的项目将在三个满月大小的区域内研究50万个星系。

深深地盯着一个巨大的天空，大小为三个全卫星，">美国国家航空航天局的詹姆斯韦伯太空望远镜将进行一项雄心勃勃的计划，研究50万个星系。这个被称为COSMOS-Webb的调查是Webb在第一年将进行的最大的项目。有超过200小时的观察时间，它将建立在以前的发现，在三个特定的研究领域取得进展。其中包括彻底改变我们对再电离时代的理解;寻找早期的、完全进化的星系;并了解暗物质是如何随着星系的恒星成分而演化的。随着数据的快速公开发布，这项调查将成为韦伯留给世界各地研究星系的科学家的主要遗产数据集银河．

当美国国家航空航天局(NASA)的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)在2022年开始科学运作时，它的首批任务之一将是一个雄心勃勃的计划，绘制宇宙中最早的结构。这个被称为COSMOS-Webb的项目对50万个星系进行了广泛而深入的调查，是Webb在第一年将进行的最大的项目。

在观察时间超过200小时，Cosmos-Webb将调查大量天空 - 0.6平方度 - 与近红外相机（Nircam）。这是三个完整卫星的大小。它将同时使用中红外仪器（MIRI）映射较小的区域。

这是一个很大的天空，这对Cosmos-韦伯计划非常独特。大多数韦伯计划正在非常深入钻探，如研究微小的天空的铅笔束调查，“德克萨斯大学奥斯汀和COSMOS-韦伯计划的联合领导者德克萨斯大学助理教授Caitlin Casty。“因为我们正在覆盖这么大的区域，我们可以在Galaxy Mailition的黎明时看看大规模的结构。我们还将寻找早期存在的一些最稀有的星系，以及将星系的大规模暗物质分布映射到非常早期。“

(暗物质不吸收、反射或发射光，所以我们不能直接看到它。我们知道暗物质的存在是因为它对我们能观察到的物体有影响。)

Cosmos-Webb将研究多频段，高分辨率，近红外成像的半百万百万条星系，以及在中红外线的前所未有的32,000个星系。随着其快速公开发布数据，本调查将是来自WebB的主要遗留数据集，为全世界的科学家们学习超出银河系的星系。

建立哈勃成就

宇宙调查始于2002年作为一个哈勃计划，以拍摄更大的天空，约10个完整的卫星面积。从那里，合作雪球包括地球和太空中世界上大多数的主要望远镜。现在COSMOS是一种多波长调查，涵盖通过无线电从X射线的整个光谱。

由于它在天空中的位置，世界各地的天文台都可以访问COSMOS场地。它位于天球赤道，可以从北半球和南半球进行研究，从而产生了丰富多样的数据宝库。

“COSMOS has become the survey that a lot of extragalactic scientists go to in order to conduct their analyses because the data products are so widely available, and because it covers such a wide area of the sky,” said Rochester Institute of Technology’s Jeyhan Kartaltepe, assistant professor of physics and co-leader of the COSMOS-Webb program. “COSMOS-Webb is the next installment of that, where we’re using Webb to extend our coverage in the near- and mid-infrared part of the spectrum, and therefore pushing out our horizon, how far away we’re able to see.”

雄心勃勃的COSMOS-Webb项目将在之前的发现基础上，在三个特定的研究领域取得进展，包括:彻底改变我们对再电离时代的理解;寻找早期的、完全进化的星系;并了解暗物质是如何随着星系的恒星成分而演化的。

目标1:彻底改变我们对再电离时代的理解

大爆炸后不久，宇宙就完全黑暗了。使宇宙沐浴在光中的恒星和星系还没有形成。相反，宇宙是由中性的氢、氦原子和看不见的暗物质组成的原始汤。这就是所谓的宇宙黑暗时代。

经过数亿岁，第一颗星和星系出现并提供了能源来降低早期宇宙。这种能量撕裂了填充宇宙的氢原子，给予它们电荷并结束宇宙暗年龄。这个新的时代，宇宙被光淹没，被称为标准时代。

COSMOS-Webb的第一个目标集中在这个再电离时代，它发生在宇宙大爆炸后的40万到10亿年间。再电离很可能发生在一小块区域，而不是一下子发生的。COSMOS-Webb将寻找显示早期宇宙的第一个口袋被再电离的气泡。该小组的目标是绘制出这些再电离气泡的规模。

“哈勃在发现早期的少量星系方面做得很好，但我们需要更多的星系来了解再电离过程，”凯西解释说。

科学家甚至不知道什么样的星系迎来了再电离时代，它们是大质量的还是相对低质量的系统。COSMOS-Webb将拥有一种独特的能力，可以发现质量非常大的稀有星系，并观察它们在大规模结构中的分布情况。那么，负责再电离的星系是生活在相当于宇宙大都会的地方，还是它们在空间中基本上均匀分布?只有COSMOS-Webb规模的调查才能帮助科学家回答这个问题。

目标2：寻找早期，完全进化的星系

Cosmos-Webb将在大爆炸后的前20亿年内搜索非常早期，完全进化的星系，关闭星星出生。哈勃已经发现了少数这些星系，这挑战了现有的模型关于宇宙如何形成的。科学家们努力解释这些星系是如何有古老的明星，而不是在宇宙历史上如此初期形成任何新的明星。

与Cosmos-Webb等大调查，团队将找到许多这些稀有星系。他们规划了这些星系的详细研究，了解它们如何快速发展，并这么早就关闭了明星形成。

目标3:了解暗物质是如何随着星系的恒星含量而演化的

Cosmos-Webb将为科学家提供深入了解星系的暗物质在宇宙的一生中与星系的恒星含量发挥作用。

星系由两种物质组成:一种是我们在恒星和其他物体中看到的普通发光物质，另一种是不可见的暗物质，暗物质的质量通常比星系大，可以在其周围形成一个扩展的光晕。这两种物质在星系的形成和演化中是相互交织的。然而，目前关于星系晕中的暗物质质量是如何形成的，以及暗物质如何影响星系的形成，还没有太多的知识。

COSMOS-Webb将通过允许科学家通过“弱透镜”直接测量暗物质晕来阐明这一过程。来自任何类型的质量——无论是暗的还是亮的——的引力都可以作为透镜来“弯曲”我们从更遥远的星系看到的光。弱透镜扭曲了背景星系的明显形状，所以当一个晕位于其他星系的前面时，科学家可以直接测量晕中暗物质的质量。

“我们将首次能够测量暗物质质量和星系发光质量之间的关系，追溯到宇宙时间的前20亿年，”研究小组成员、巴尔的摩太空望远镜科学研究所的研究天文学家安东·克埃克莫尔说，他帮助设计了该项目的观察策略，并负责构建该项目的所有图像。“对于我们来说，这是一个关键的时期，我们试图了解星系的质量是如何形成的，以及暗物质光环是如何驱动这些质量的。这可以间接地帮助我们理解星系的形成。”

与社区快速共享数据

COSMOS-Webb是财政部的一个项目，其目的是创建具有持久科学价值的数据集。财政部计划努力用一个统一的数据集解决多个科学问题。在财政部计划下获取的数据通常没有专属访问期，可以让其他研究人员立即进行分析。

Kartaltepe解释说:“作为一项财政计划，你们承诺迅速向社区发布你们的数据和数据产品。“我们将生产这种社区资源，并将其公开，这样社区的其他成员就可以在科学分析中使用它。”

Koekemoer补充说:“财政部的一个项目承诺将所有这些科学产品公开，这样社区中的任何人，即使是很小的机构，都可以同样平等地获得数据产品，然后就可以进行科学研究。”

COSMOS-Webb是一个周期1的普通观察者项目。“普通观察员”项目是通过双匿名审查系统竞争选出的，该系统也用于分配在哈勃上的时间。

詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2021年发射，届时它将成为世界上首屈一指的空间科学天文台。韦伯将解开太阳系的谜团，探索其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源，以及我们在其中的位置。韦伯是一个国际项目，由美国宇航局及其合作伙伴欧洲航天局和加拿大航天局领导。