尘埃预算危机是什么？韦伯望远镜将用来研究产生尘埃的Wolf-Rayet双星

　　有证据表明，大质量恒星的恒星风在Wolf-Rayet双星或多星系统中碰撞时会产生大量的宇宙尘埃。确认尘埃的来源将有助于解释在星系中发现的神秘的过量尘埃，这对于我们所知的恒星、行星和生命的后期发展至关重要。尘土看似微不足道，但它在宇宙中起着巨大作用，从恒星和行星的形成到促进复杂的化学反应（包括我们在内）成为生命之本。天文学家将星系中无法解释的大量尘埃称为“尘埃预算危机”。

　　天文学家在计算尘埃星系应具有的数量时发现自己处于类似位置，尘埃比预期多，他们不知道尘埃来自何处。这很重要，因为宇宙尘埃对宇宙的功能至关重要：它掩盖了恒星的形成，成为行星的一部分，并且包含导致我们所知的生命的有机化合物。

　　“我们所说的尘埃预算危机是天文学的主要问题，无法解决在附近和遥远的早期宇宙中星系中观测到的所有尘埃。”日本的Ryan Lau说。Lau正在NASA即将推出的James Webb太空望远镜的领导下，采用全权负责任的早期释放科学计划，研究产生尘埃的Wolf-Rayet双星。

　　Wolf-Rayet恒星非常炎热，非常明亮。有证据表明，Wolf-Rayet星通过与伴星的相互作用，以独特的风车模式产生大量的尘埃，这是因为两颗恒星彼此绕行并且恒星风相互碰撞。这些双星系统可能占星系“尘埃预算”的很大一部分。但是，Wolf-Rayet星产生的强烈的光度和热量使研究这些系统的微弱，弥散性粉尘变得困难。

　　Lau解释说：“Webb可以检测到的中红外光正好是我们要研究粉尘及其化学成分的光的波长。” 红外波长比可见光的波长长，因此可以在尘埃颗粒之间滑动以到达望远镜，而不是被尘埃云弹起。韦伯将探测到这种光，并允许天文学家阅读其携带的信息，包括尘土飞扬的环境中化学物质的签名，其中一些可能与构成地球生命基石的化学物质相同。

　　劳说：“韦伯在中红外波段具有空前的分辨率和灵敏度的空前组合，这确实使我们能够进行这些有趣的观察。” “我们可以通过地面望远镜获得空间分辨率，但缺乏韦伯在太空中的观测位置所能达到的灵敏度，而没有地球大气层的干扰。相反，使用NASA的Spitzer任务等以前的红外天基望远镜，我们可以实现灵敏度，但缺乏空间分辨率。”

　　Lau和主任的自由裁量早期释放科学（DD-ERS）团队将使用Webb，通过望远镜的中红外仪器（MIRI）和近红外成像仪和无狭缝光谱仪（NIRISS）研究两个Wolf-Rayet二元系统。WR140二元系统已经在许多波长的光中进行了广泛研究，因此将为衡量Webb对于此类宇宙对象的最佳观测模式提供良好的基线。另一个Wolf-Rayet双星WR137，将在预计DD-ERS计划观测的早期执行Webb的任务时，经历其恒星彼此最接近的过程（这被认为是产生最多的尘埃）。

　　除了关于尘埃的形成和化学成分的新发现外，DD-ERS计划也将是天文学家测试韦伯仪器和处理其提供的数据的最佳做法的第一次机会。

　　这个DD-ERS程序将研究最大化韦伯动态范围（观察到的最亮物体与最暗物体之间的差异）的最佳方法，这将在未来的许多方面对天文学界有所帮助。DD-ERS小组的另一位天文学家曼西·卡斯利沃（Mansi Kasliwal）说：“例如，在研究活跃星系明亮中心周围的尘埃盘或寻找一颗绕着明亮恒星运行的行星时。” Kasliwal领导了加利福尼亚理工学院的实验室，在那里Lau进行了Wolf-Rayet双星的博士后研究，并为DD-ERS计划制定了建议。

　　Lau和Kasliwal都同意，虽然宇宙尘埃是如何在宇宙中产生和传播的这个公开问题很有趣，但它确实是回答一个最大问题的垫脚石:我们是如何来到这里的？据我们所知，地球是宇宙中的一个生命岛，在寻求理解像宇宙尘埃这样看似遥远的东西时。Lau表示：“了解尘埃的形成对于我们追踪自己的宇宙起源至关重要。”

　　詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2021年发射，韦伯将解开我们太阳系中的谜团，观察其他恒星周围遥远的世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。