近日,美國國家航空航天局(NASA)宣布哈勃空間望遠鏡(以下簡稱哈勃)利用引力透鏡效應,發(fā)現(xiàn)了人類迄今觀測到的最遙遠的單顆恒星。
這顆恒星誕生于宇宙大爆炸后的10億年內(nèi)。研究人員估計,這顆恒星的質(zhì)量至少是太陽的50倍,亮度是太陽的數(shù)百萬倍。由于距離地球非常遙遠,它發(fā)出的光線用了129億年才到達地球。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。
這顆恒星被命名為埃倫德爾(Earendel),在古英語單詞中意為晨星或旭日之光。那么,這縷“晨光”將為人類揭示宇宙演化帶來哪些新的線索?
在NASA看來,哈勃的這一新發(fā)現(xiàn)有望開啟早期恒星形成相關(guān)研究的新篇章。
美國約翰斯?霍普金斯大學研究人員、論文第一作者布賴恩?韋爾奇表示,埃倫德爾存在于很久以前,形成它的“原材料”可能不同于以往已知的恒星,這一發(fā)現(xiàn)有助于科學家對宇宙非常早期、恒星形成的未知時代展開研究。
利用宇宙“放大鏡”發(fā)現(xiàn)129億年前的星光
此次哈勃發(fā)現(xiàn)埃倫德爾,更像是一次偶然的邂逅?!耙怨挠^測能力,原本無法看清那么遙遠的星光。但這次哈勃能看到埃倫德爾,是因為在地球和埃倫德爾之間,有一塊特殊的‘放大鏡’?!敝袊茖W院紫金山天文臺研究員鄭憲忠告訴科技日報記者,這塊“放大鏡”其實是一個巨大的星系團――WHL0137-08,正是由于WHL0137-08的引力透鏡效應,埃倫德爾的光才能被敏銳的哈勃捕捉到。
引力透鏡效應是愛因斯坦廣義相對論中預言的一種現(xiàn)象,指時空在大質(zhì)量天體附近會發(fā)生畸變,從而使得光線在經(jīng)過大質(zhì)量天體附近時發(fā)生偏折。
“當光線經(jīng)過星系團時,因強大的引力而產(chǎn)生的空間扭曲會使光線偏折,星系團就像放大鏡一樣匯聚和放大了背景天體的圖像,間接形成了一種‘放大鏡機制’?!编崙椫艺f,星系團WHL0137-08距離地球56億光年,埃倫德爾所在星系的光在抵達星系團WHL0137-08時,被星系團扭曲成一個長長的新月形,星光被放大了數(shù)千倍。
“這類似于在陽光明媚的日子里,游泳池表面的波紋在底部形成明亮的光斑――水面的漣漪充當了透鏡,將陽光聚焦到游泳池底,使池底亮斑達到最大亮度。”鄭憲忠解釋道。
而空間望遠鏡是通過長時間的曝光來收集宇宙中的光子,從而探測出未知天體的。在WHL0137-08的“助攻”下,這一次,哈勃捕捉到了來自埃倫德爾的光子。
這也是哈勃再一次刷新自己創(chuàng)下的紀錄。在埃倫德爾之前,哈勃曾經(jīng)在2018年發(fā)現(xiàn)了一顆遙遠的恒星――伊卡洛斯(Icarus)。在詳細甄別測算后,科學家最終確認這顆遙遠恒星位于地球94億光年外。
埃倫德爾“身世”仍是未解之謎
埃倫德爾的發(fā)現(xiàn),讓科學家頗感意外。布萊恩?韋爾奇說:“一開始我們幾乎不相信它的存在,它比此前人類觀測到的最遙遠的恒星還要遠得多?!?/p>
韋爾奇認為,埃倫德爾的出現(xiàn),為人類打開了一扇研究早期宇宙的新窗口。
恒星是由大量氫和氦組成的等離子體,它們的內(nèi)部不斷發(fā)生核聚變反應,不斷向外發(fā)出能量,產(chǎn)生輻射壓來對抗自身引力坍縮。
為何科學家能判定哈勃接收到的光來自恒星而非星系或其他天體呢?
“與星系相比,恒星的尺寸要小很多,而且發(fā)出的光也要暗淡很多。從目前的數(shù)據(jù)看,埃倫德爾比目前已知最小的星團更??;另外,恒星的溫度一般從800開爾文到幾萬開爾文不等,埃倫德爾的溫度相當于4萬開爾文左右,在恒星的溫度區(qū)間;最后,在哈勃3年多的觀測中,埃倫德爾的亮度基本保持不變。所以不可能是無光、無溫度的黑洞,也不可能是超新星爆發(fā)等。”鄭憲忠說。
埃倫德爾誕生于宇宙大爆炸后約9億年,即誕生于宇宙的“嬰兒時期”。
關(guān)于埃倫德爾的詳細“身世”,至今仍有許多未解之謎,例如它具體的質(zhì)量、亮度、溫度和類型等,以及它是單星還是雙星,“大多數(shù)像埃倫德爾這種質(zhì)量的恒星通常都有一個更小、更暗的伴星?!编崙椫艺f。
為捕捉第一代恒星的蹤跡提供希望
雖然“身世”不詳,但埃倫德爾仍然引起了天文學家的極大興趣,“我們可以獨立地研究它的電磁輻射?!表f爾奇說,“這讓我們可以直接與銀河系中的恒星進行比較,從而加深我們對早期宇宙中恒星的理解?!?/p>
更重要的是,埃倫德爾讓科學家看到了捕捉第一代恒星蹤跡的希望。
“現(xiàn)有的理論模型認為,宇宙大爆炸后,熾熱的輻射漸漸平息下來,宇宙溫度慢慢下降,經(jīng)歷一個黑暗時期,中性氫開始在一些宇宙物質(zhì)密度較高的地方聚集,當其質(zhì)量、壓力增大到一定程度時,發(fā)生核聚變,形成了第一代恒星?!编崙椫医忉專谝淮阈钦Q生于距今約137億年前,基本由氫和氦元素組成,還有極少數(shù)的鋰等,金屬豐度接近零。它們的誕生意味著宇宙再電離時期的開始。而埃倫德爾誕生于宇宙再電離結(jié)束時期,它是否攜帶著第一代恒星的“出生證明”,值得探尋。
“至今為止,人類還沒發(fā)現(xiàn)過第一代恒星,因為它們數(shù)量稀少,而且在宇宙演化早期,中性氫會吸收天體的光,導致恒星暗淡。目前來看,發(fā)現(xiàn)第一代恒星有兩種途徑,一是把人類探測的目光投向更深邃、遙遠的宇宙,特別是要關(guān)注大質(zhì)量天體,質(zhì)量大的恒星亮度也會大,看到的幾率就高;二是在銀河系里探測質(zhì)量小、金屬豐度極低的天體,因為質(zhì)量越小的天體,壽命越長。”鄭憲忠認為,如果第一代恒星被探測到,將為揭示星系化學和動力學演化提供重要線索。
這讓埃倫德爾被寄予厚望。有觀點認為,如果后續(xù)研究證明埃倫德爾只是由原始的氫和氦組成,這將是傳說中第一代恒星存在的第一個證據(jù)。
如何破解埃倫德爾有可能隱藏的宇宙之謎?天文學家打算利用詹姆斯?韋布空間望遠鏡對埃倫德爾進行觀測。
在鄭憲忠看來,距離我們最遙遠的恒星,或者說第一代恒星,形成的條件很苛刻,找到它們并了解它們最初的演化過程,如氣體是如何冷卻形成的恒星,最初的恒星到底有多大,它們的質(zhì)量、壽命是多少,恒星是否直接由氣體引力坍縮形成等,對于驗證現(xiàn)有恒星理論具有重大意義。
標簽: 空間望遠鏡
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