韋伯望遠鏡或發現宇宙中第一批恆星

宇宙極早期的第三星族（Pop III）恆星藝術假想圖。(NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/公有領域) 

 

 

【大紀元2023年06月17日訊】（大紀元記者林達編譯報導）詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）可能剛剛發現了宇宙中第一批恆星。如果真是這樣，這將結束天體物理學中最重大的一項搜索任務。考慮到哈勃望遠鏡幾十年來對這些恆星漫長而無果的探索，這是韋伯望遠鏡的一項卓越成就。

 

研究人員將最古老的恆星稱為第三類星族（Population III，或Pop III）。因為有時天文學家出於某種原因將事物命名為相反的，Pop III是最老的恆星，Pop II居中，Pop I是最新生成的恆星。我們的太陽屬於第一星族（Pop I）。

 

一個國際團隊在一篇新論文中宣布，他們利用韋伯望遠鏡，找到了Pop III恆星的第一個證據。論文已於6月6日上傳至預印本數據庫 arXiv，目前尚未經同行評審。

 

這一發現有兩個關鍵點。

 

其中之一是韋伯望遠鏡的威力。因為光速有限，所以你看得越遠，就能看到越早的時間。韋伯望遠鏡能夠看到很遠很遠。該團隊用它觀測一個明亮的、非常遙遠的星系GN-z11，希望獲得一個當宇宙只有約4億歲時的強大而清晰的光譜。作為對比，今天的宇宙年齡約為137億歲。

 

另一個是稱為金屬豐度（metallicity）的星體屬性，即一顆恆星擁有比氫或氦重的物質多少（天體物理學中的金屬指的是任何比氫和氦中的元素）。恆星的金屬豐度決定了怎樣將其歸類。Pop I金屬豐度最高，Pop III金屬豐度最低。

 

總的來說，宇宙中的重元素是由恆星產生的，無論是通過其內層的核聚變反應，還是通過它變成超新星時瞬間爆發的高溫。目前散落在宇宙中的Pop I恆星是由Pop II恆星爆炸時留下的碎片構成的。但是 Pop II恆星一定是從更古老的恆星開始的，因為它們的金屬豐度低於Pop I，但比大爆炸之後的恆星要高。

 

因此，如果Pop II需要比大爆炸時所能提供的金屬更多，那麼它們一定是利用了Pop III恆星的殘骸。 Pop III幾乎完全由氫和氦構成，即金屬豐度非常低。它們應該非常巨大，並且不會活很長時間（至少在恆星時間尺度上），然後以超新星爆發的形式走向死亡，而這些超新星爆發則為整個宇宙的其餘部分生成了最初的金屬元素。

 

所以，科學家們一直在尋找的遠古恆星的跡象就是非常、非常古老和非常低的金屬豐度。而在GN-z11星系中，科學家相信已經找到了長期尋找的這一特徵。

 

研究人員觀察了GN-z11星系外圍的氣體暈，認為Pop III恆星可能就是在那裡形成的。在那個區域，他們發現了一條非常強的HeIIλ1640光譜線，當氦極熱時，它會出現在光譜中。更重要的是它周圍沒有金屬元素，顯示附近沒有更高金屬豐度的恆星存在。在沒有任何金屬存在的情況下，有些東西使氦變得異常熱，該團隊認為終於找到了Pop III恆星。

 

新研究所做的觀測極其令人興奮，但現在適當地緩和這種興奮很重要。首先，對於可能導致這條 HeIIλ1640光譜線的原因，存在其它可能的解釋。比如GN-z11星系中心可能存在活躍的星系核，從而導致該光譜線。

 

此外，該觀測需要更多進一步研究才能得到最終確認，這需要韋伯望遠鏡作進一步的觀測。而韋伯的時間對眾多的研究者來說太搶手了，因此不易獲得，但該團隊計劃儘快認證其觀察結果。而這一切仍有待同行評審。

 

不過新研究存在很大被認證的潛力，這意味著科學家真的可能已經在天體物理學領域最大目標之一的研究上取得了巨大成功。如果這最終被確認為是對最古老Pop III恆星的第一次真正探測，它將為科學探索開啓一個全新的世界。

 

責任編輯：葉紫微