超級恒星

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

　　宇宙膨脹的另一個結果是，我們會看到高紅移處的宇宙在以低速運轉。例如，一顆近距超新星通常只要花幾天的時間就能達到亮度峰值，然后再花幾個月的時間淡去。但是一顆出現(xiàn)在紅移為10處的超新星會花一個月的時間來達到亮度峰值，然后花數(shù)年的時間來變暗。為此你需要一個壽命較長的探測任務以及耐心。

[圖片說明]：JWST上搭載的近紅外攝譜儀中將使用幾十萬個微快門（上圖），每一個可獨立開啟和關閉的微快門只有幾根頭發(fā)絲的寬度（下圖）。版權：NASA。

　　天文學家相信第一代恒星具有至少100個太陽質量，所發(fā)出的光亮要超過太陽數(shù)百萬倍，在爆發(fā)成為超新星之前僅能存活幾百萬年。雖然JWST也許能捕捉到一個這樣的罕見爆發(fā)，但它卻具有足夠的靈敏度來定位這些恒星的聚合體。第一代恒星是否會形成星團？或者第一代恒星是否會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進入JWST的視野中。這些恒星所包含的大部分是暗物質，這些神秘的物質構成了宇宙物質的大多數(shù)。

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

　　計算發(fā)現(xiàn)，這些暗物質星（簡稱“暗星”）的質量可以達到100,000～10,000,000個太陽質量，直徑則可以達到日地距離的100倍。一旦湮滅過程耗盡了其核心的暗物質，“暗星”就會轉變成一顆燃燒核燃料的普通大質量恒星。它們最終會坍縮成黑洞――也許就此形成了今天在每個大型星系中心所發(fā)現(xiàn)的超大質量黑洞的種子。這是一個驚人的預言，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恒星和行星形成的多塵場所。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已經分辨出了最終可能會形成行星的含塵星周盤，但是JWST的紅外觀測能力和更高的分辨率將能穿透這些塵埃繭，使得天文學家可以一窺其中的產星過程。

　　JWST上所有的成像設備都包含了星冕儀，它可以遮擋中央恒星所發(fā)出的光進而來觀測其附近暗弱的天體。2004年，HST使用這一技術在可見光波段首次拍攝了亮星北落師門周圍的區(qū)域。圖像顯示了一個圍繞北落師門的塵埃環(huán)。有天文學家認為，在北落師門和這個環(huán)內邊緣之間有一顆行星正在通過引力擾動這個環(huán)，并由此預言了這顆行星的位置。2008年這個小組使用HST直接拍攝到了這顆行星北落師門b。

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

　　HST和斯皮策空間望遠鏡都對凌星的熱類木星大氣進行了探測。熱類木星是極為靠近其宿主恒星的太陽系外氣態(tài)巨行星，它們有時候會從地球和其宿主恒星間經過，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、僅幾倍于地球質量的超級地球。使用星冕儀直接成像以及通過凌星對大氣進行測量，JWST將成為一個外星行星巡天以及了解行星系統(tǒng)形成的強有力工具。

　　以上僅僅是JWST將要回答的一小部分科學問題。在發(fā)射前一年，全世界的天文學家將提交觀測目標和計劃。和HST的運作方式一樣，一個科學小組會評估這些提案并為其中最好的安排觀測時間。NASA希望天文學家們能創(chuàng)新性地使用這架空間望遠鏡。暗物質星，奇特的地外行星，新生的星系，沒有人知道JWST最終會給我們帶來些什么意想不到的驚喜。