天文学家侦测到宇宙大爆炸后出现的第一代恒星所发出的光

华年 宇宙探索 2019-12-24 09:54:02 0 0

新发现的CR7星系(图为艺术家所绘)是目前所知最明亮的星系,CR7星系可能包含宇宙中最古老的一些恒星。 PHOTOGRAPH BY ESO/M. KORNMES

新发现的CR7星系(图为艺术家所绘)是目前所知最明亮的星系,CR7星系可能包含宇宙中最古老的一些恒星。 PHOTOGRAPH BY ESO/M. KORNMESSER

(神秘的地球报道)据美国国家地理(撰文:Michael D. Lemonick 编译:陈洁):明亮星系是巨大、温度极高的早期恒星的诞生地。不过这些恒星的生命短暂、很早就死亡了。

天文学家使用地球上最高倍率的天文望远镜观察可见宇宙的边缘,侦测到大爆炸后出现的第一代恒星所发出的光。

这些庞大恒星的质量比太阳大了100倍,甚至更多,不过它们很​​早就死亡了。相较于太阳100亿年的预估生命,这些恒星诞生后大约100万年之后就爆炸了,爆炸喷出的元素融入了第二代恒星里,然后又融入了包含太阳在内的第三代恒星。

葡萄牙里斯本大学与荷兰莱顿天文台(Leiden Observatory)的天文学家与此次论文主要作者大卫•索布拉尔(David Sobral)说,「这真的满棒的,我们终于看到理论家多年来所预测的东西了。」

索布拉尔与同事并没有辨识出个别的恒星,而是捕捉到来自CR7星系里的恒星共同发出的光。他们在一次寻找早期宇宙中异常明亮星系的调查中,使用夏威夷的昴星团望远镜(Subaru telescope)与凯克望远镜(Keck telescope)发现了CR7(以葡萄牙足球星罗纳度Cristiano Ronaldo命名)。 CR7是目前所发现在那个时期最明亮的星系,它距离我们非常遥远,发出的光从130亿年前(大爆炸后80万年)就开始朝地球前进。关于CR7与其星系里古老恒星的细节刊登在一篇将发表于《天文物理期刊》(Astrophysical Journal)的研究论文中。

缺少的元素

大爆炸后的宇宙中只有三种元素:氢、氦以及微量的锂。被称作「第三星族」星(Population III stars)的第一代恒星可能就是仅由这些元素形成的。这些恒星发生核融合后产生了较重的元素,包括碳、氧和氮,这些元素在恒星爆炸时被释放到宇宙中。这些元素融合形成了第二代与第三代恒星,后来更形成了行星,甚至是人类。

索布拉尔与同事仔细检视CR7时,发现来自这个星系某一区块的光亮是​​由加热的氢气发出的。这些光很明显地是恒星散发出来的,但他们的发现还不只于此。 「我们还注意到另一件事,」索布拉尔说,「那里有大量我们无法解释的光。」于是他们到智利使用超大望远镜(Very Large Telescope)再看一次。

他们发现,多出来的光是氦气发出的。虽然氦是恒星的基本成分,但它却很难侦测出来,除非恒星极热,而这也就代表恒星极大。仅凭这一点还不足以证明这些恒星属于第一代恒星,但天文学家同时也没有侦测到其它较重的元素。

这是再明显不过的迹象。索布拉尔与同事主张,假如CR7星系中有些恒星不仅温度异常高,又少了这些重元素中的至少某几种,它们一定是第一代恒星。

「这些证据很有说服力,」曾预测第一代恒星应有样貌的理论家之一,也是哈佛大学的天体物理学家艾维•罗埃伯(Avi Loeb)表示,「这为由大爆炸所留下的氢与氦构成的恒星,迄今最强而有力的观测证据。」

CR7星系里也有不是第一代恒星的星群。罗埃伯指出,这与理论上的预测相符。包括银河系在内的现代星系被认为是由大爆炸后的几亿年开始形成的比现在小很多的原星系聚集形成的。 CR7可能是这个过程早期阶段的缩影,在那个阶段,星系有些区域才刚形成了它们最初的恒星,而其它区域已经开始形成第二代恒星了。

在未来的几年,新的高倍率天文望远镜,例如詹姆斯•韦伯太空望远镜与现在在智利和夏威夷建造的巨型望远镜,应该能让这种观察更易执行,并且能带来更多令人印象深刻的发现。

「我很高兴我们的预测正获得证实,」罗埃伯说,「但如果有完全在预期外的发现,我会更高兴,因为这样我们就能学到新的东西。」

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