导读 恒星和行星的形成是一件混乱的事情。它始于巨大的气体和尘埃云的引力坍缩，同时产生大质量恒星，其强烈的辐射场创造了恶劣的环境，以及更温...

恒星和行星的形成是一件混乱的事情。它始于巨大的气体和尘埃云的引力坍缩，同时产生大质量恒星，其强烈的辐射场创造了恶劣的环境，以及更温和的恒星，比如我们的太阳，被行星形成盘包围，含有丰富的有机物质。

西部大学天体物理学家ElsPeeters和JanCami以及博士后和研究生研究员RyanChown、AmeekSidhu、BariaKhan、SofiaPasquini和BethanySchefter是世界上第一批使用詹姆斯·韦伯太空望远镜(Webb)进行科学研究的科学家。焦点是恒星的形成。

皮特斯说：“恒星形成的过程是混乱的，因为恒星形成区域包含处于不同发展阶段的不同质量的恒星，同时仍嵌入其诞生的云中，并且因为许多不同的物理和化学过程在发挥作用，相互影响。”是PDRs4AllJWST早期发布科学项目(ID1288)的首席研究员，也是西方地球与空间探索研究所的教员。

恒星形成在理论和观测天体物理学中都是一个非常活跃的领域，韦伯已被证明是深入了解这些过程的关键。

“我们还没有完全了解这些过程如何塑造或破坏行星形成盘，也不知道这些盘何时以及如何播种对生命重要的化学物质。这就是我们所做的事情的原因，”西方研究所所长卡米说。休姆·克罗宁纪念天文台和PDRs4All核心成员。

Peeters与法国巴黎萨克雷大学的EmilieHabart和法国图卢兹大学的OlivierBerné共同领导国际PDRs4All联盟。PDRs4All联盟由全球120多名研究人员组成，其中包括天文学家、物理学家和化学家，他们的互补专业知识使他们能够充分利用韦伯(有史以来发射到太空的最大、最强大的望远镜)获得的数据金矿。

PDRs4All将韦伯指向著名的猎户座星云深处的猎户座吧，并收集了图像和光谱数据的宝库。该计划的主要目标是揭示与恒星和行星形成相关的详细物理和化学过程。

皮特斯和卡米与他们的国际合作者一起在《天文学与天体物理学》杂志上发表了一系列六篇论文，概述了他们迄今为止的工作，并首次深入探讨了猎户座正在发生的事情的细节酒吧。

这就是我最好的一面吗?

星际空间中的许多关键过程都发生在所谓的光解离区域(PDR，因此程序名称为PDRs4All)，其中的物理和化学过程完全由紫外线辐射与气体和尘埃之间的相互作用决定。OrionBar是距离韦伯最近的PDR，它为在小物理尺度上研究这些过程提供了最有用和最上镜的一面。

皮特斯说：“这些数据令人难以置信，将作为未来几十年天体物理学研究的基准。”“到目前为止，我们只探索了一小部分数据，但这已经带来了一些令人惊讶的重大发现。”

在过去的一年里，PDRs4All在《自然》、《自然天文学》和《科学》杂志上发表了三项重大研究。

“我非常高兴能够详细研究令人惊叹的韦伯图像，”哈巴特说，他领导了今天(5月14日)在《天文学与天体物理学》杂志上发表的第一项新研究。“这些图像是如此令人难以置信的美丽和复杂;很容易理解为什么世界上有这么多人第一次看到它们时都被震撼了。”

猎户座星云的质量是太阳的2,000倍，肉眼可见，是最近的大质量恒星形成区域，因此是银河系中最受关注和拍摄最多的天体之一，也是公众最喜欢的天体之一夜空中的物体。

韦伯的图像与任何其他图像不同，它们所揭示的令人难以置信的细节令人惊叹，显示了各种不同形状和颜色的细丝和脊，其中布满了几个形成行星的小圆盘。

猎户座星云内有猎户座条，这是一个由气体和尘埃组成的尖锐、对角、山脊状的特征。猎户座棒本质上是一个天文大气泡的边缘，该气泡是由一些为星云提供能量的大质量恒星雕刻而成的。

“赋予这些图像审美吸引力的相同结构细节揭示了比我们最初想象的更复杂的结构——前景和背景气体和灰尘使分析变得更加困难。

哈巴特说：“但这些图像的质量如此之高，我们可以很好地分离这些区域，并揭示猎户座酒吧的边缘非常陡峭，就像理论预测的那样，就像一堵巨大的墙。”

皮特斯也是新系列天文学和天体物理学研究的主要参与者，他利用猎户座棒的近红外光谱数据将研究提升到了一个全新的水平。

“这些图像具有令人难以置信的细节，我们将在未来的许多年里仔细研究它们，”她说。

光谱观察将光分解为颜色的函数，并揭示了许多尖锐的峰，这些峰是收集的红外光中不同化合物的指纹。

对这些指纹的仔细分析使研究人员能够研究星云的化学组成，但还有更多：这些指纹的不同组合可用于测量辐射场的局部温度、密度和强度，并通过测量这些来计算皮特斯为每个像素创建了这些数量在整个猎户座条中如何变化的地图。

“与图像相比，光谱数据集覆盖的天空区域要小得多，但它包含的信息多得多。一张图片胜过一千个单词，但我们天文学家半开玩笑地说一张光谱胜过一千张图像，“Peeters说道，他测量了不少于600个光谱指纹，并利用这些指纹极大地改进了现有的PDR模型。

由此产生的数据和改进的PDR模型在Peeters领导的《天文学与天体物理学》杂志的第二项研究中提出。

“OrionBar的真正独特之处在于它的边缘几何形状，为我们提供了一个环形座位，可以详细研究当我们从非常暴露、严酷的电离区域移动到更远的区域时发生的不同物理和化学过程。可以形成分子气体的屏蔽区域，”卡米说。

“这篇论文是一项杰作，需要付出巨大的努力才能完成，它是我们理解物理环境的变化如何影响化学的一个飞跃，反之亦然。”

将细节留在尘埃中

物理条件全部确定后，PDRs4All团队将注意力转向另一个问题：粉尘排放问题。之前的观测已经揭示了猎户座沙尘排放量的急剧变化，但这些变化的起源尚不清楚，并且是一个长期困扰天体物理学家的谜团。

天体物理研究所表示：“清晰的高光谱韦伯数据包含的信息比之前的观测结果要多得多，它清楚地表明尘埃辐射的衰减和最小尘埃颗粒的有效破坏是造成这些变化的根本原因。”Spatiale博士后研究员MeriemElyajouri。

Elyajouri对OrionBar照明边缘的灰尘排放进行了建模，并领导了第三项研究，描述了该团队的发现。

剩下的三篇论文都涉及被称为多环芳烃(PAH)的大型含碳分子的排放，它是宇宙中最大的碳质材料库之一。PAH含有高达20%的宇宙碳，这使得它们与我们自己的宇宙根源息息相关。

卡米说：“我们正在研究碳分子在碳进入我们体内之前很久会发生什么。”

PAH发射通常非常明亮，PAH分子非常坚固且有弹性。

“那么，它们在整个宇宙中广泛存在，并传播如此巨大的宇宙学距离，也就不足为奇了。在猎户座等附近区域对它们进行详细研究，我们对当地的物理和化学环境有了很好的了解。因此对于解释遥远星系的观测结果至关重要，”前西方博士后研究员西杜说。

韦伯数据以精致的细节显示了PAH发射带，并揭示了发射特性因辐射而变化。

“这确实是财富的尴尬，”皮特斯说。“尽管这些大分子被认为非常坚固，但我们发现紫外线辐射改变了导致发射的分子的整体特性。”

事实上，紫外线辐射会分解一些较小的碳分子，并改变较大碳分子的辐射方式。

领导第四项研究的前西方博士后研究员瑞安·乔恩(RyanChown)说：“当你从这个非常恶劣的环境转向更加屏蔽的环境时，你实际上会看到变化。”

机器学习倍增

乔恩的结果是重要的新发现，但基于对猎户座酒吧中仅五个小区域的分析，这些区域代表了整个酒吧的不同环境。

Peeters指导的硕士生SofiaPasquini使用机器学习技术分析了由数千个光谱组成的整个数据集中的PAH排放量。她还发现，在紫外线辐射较多的地区，多环芳烃通常较大，可能是因为较小的多环芳烃被破坏了。这是第五项研究的基础。

“索菲亚用来解释从数千个像素中挖掘的数据的机器学习技术产生的结果与我们使用更传统的方法使用五个代表性区域发现的结果基本相同，”皮特斯说。“这给了我们很大的信心，我们的解释更普遍有效，从而得出更有力的结论。”

事实证明，不仅仅是多环芳烃大小的变化。法国图卢兹大学博士后研究员IlaneSchroetter也将机器学习技术应用于数据。他在第六项研究中发表的研究结果证实了紫外线辐射对多环芳烃大小的影响，但也发现分子结构发生了非常明显的变化。

卡米说：“这些论文揭示了在太空最恶劣的环境中，分子水平上的某种适者生存的现象。”

韦伯是人类历史上最强大的太空望远镜。它是与NASA、欧洲航天局(ESA)和加拿大航天局(CSA)合作开发的，拥有标志性的6.5米宽镜子，由18个六角形镀金镜块和蜂窝状图案组成，网球场大小的五层菱形遮阳罩。

作为合作伙伴，CSA获得韦伯观测时间的保证份额，使加拿大科学家成为第一批研究由有史以来最先进的太空望远镜收集的数据的科学家之一。