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天文學家首次觀測到宇宙中的第一代恒星

星系


天文學家首次觀測到宇宙中的第一代恒星

藝術示意圖：遙遠的星系CR7，其中可能包含有一些宇宙中最原始的恒星
（報道）據新浪科技（晨風）：《自然》雜志網站報道，天文學家們近日首次觀測到宇宙中的第一代恒星，這些恒星隨后在爆炸衰亡的過程中將碳、氧以及其他元素撒播到宇宙之中 。
理論上認為這些早期恒星的質量可以達到太陽質量的數百倍之多，并且其成分幾乎全部為氫 ， 氦以及極少量的鋰元素 ， 這些都是宇宙大爆炸時產生的元素 。最早的一批 恒星大約出現于大爆炸之后數億年，它們的壽命很短 ， 僅有數百萬年，之后便在超新星爆發之中灰飛煙滅，并將大量重元素撒播到太空環境中，從而構成了新一代含 有更豐富元素成分的恒星的原材料 。然而這些都只是天文學家們的推測 ， 我們從未能親眼觀測到這些最早期恒星的存在 。
現在，天文學家們相信他們已經在一個迄今觀測到的最為明亮的遙遠星系中窺見了這最早一批恒星的身影 。在這些恒星所處的年代宇宙的年齡大約僅有8億年（現在年齡的6%） 。它們的成分看起來非常原始，但其形成的年代甚至晚于一部分的第二代恒星 。
如果這項發現得到證實，它將意味著尋找這些宇宙早期的龐然大物應該要比天文學家們原先所設想的更容易一些 。葡萄牙里斯本大學的天文學家大衛·索布萊爾（David Sobral）是這項研究的第一作者，他說：“在此之前，對于這類恒星開展的所有工作都是理論性的 。因此這是第一次我們有機會獲得關于這類恒星的實際觀測數據，并以此對許多相關理論進行檢驗并開始理解這些恒星的形成機理 ?！庇嘘P這項研究工作的論文已經發表在預印網站arXiv上，并且已經由《天體物理學雜志》接受，即將刊出 。
極度遙遠的星系
對這些古老恒星的研究涉及到對極遙遠星系的觀測 。它們發出的光線經歷數十億年的時間才最終抵達地球，并為我們帶來有關極早期宇宙的相關信息 。然而這些光線已經極其微弱 ， 難以進行探測 。形成于相對小質量星云云團中的早期恒星壽命短暫，這一點也同樣增加了對其開展觀測的難度 。
而此番這一出人意料的發現則來自索布萊爾與一個國際天文學家團隊利用設在夏威夷莫納克亞山頂的昴星團望遠鏡開展的巡天觀測 。他們隨后更進一步調用另外三臺大型望遠鏡對其中一些異常明亮的星系進行詳細觀察，并在其中一個編號為COSMOS Redshift 7的星系中探測到一個獨特信號 。這一星系名后來被縮寫為CR7，這是葡萄牙球星C-羅（Cristiano Ronaldo）的昵稱 。
來自CR7的光譜分析顯示電離態氦的信號，這表明這一目標溫度極高 。索布萊爾指出，在這樣的溫度環境下，任何的碳或氧原子都將處于電離狀態 。但在開展的光譜分析中卻未能檢測到這些元素的存在 ， 這一證據強烈暗示這一天體屬于宇宙中的第一代恒星 。這類恒星被稱作“星族Ⅲ恒星”（Population III stars），因為它是在天文學家早已習慣使用二分法將恒星非常兩個星族之后被提出來的 。
出乎意料的發現
【天文學家首次觀測到宇宙中的第一代恒星】然而這個星系所在的位置有些出人意料，它并不位于天文學家們之前認為可能找到宇宙中最早期恒星的區域中 。另外CR7星 系中還包含有一些第二代恒星，它們是由已經消亡的第一代恒星留下的殘骸物質形成的 。索布萊爾和他的同事們認為這些原始恒星可能是在較晚時期形成的，其物質 來源是一團未受“污染”的原始星云 ?？赡苁怯捎谠缜氨l的恒星產生的強烈輻射，這一星云未有冷卻并凝聚 。索布萊爾表示：“我們認為我們正在目睹的是星族Ⅲ恒星形成的最后階段 。”
日本東京大學天體物理學家吉田直樹表示，這些原始恒星應當形成于一個大型且經歷演化的星系之中，這就對這類恒星的解讀提出了挑戰 。但盡管如此，這仍然是對CR7光譜信號最有可能的解釋，但這項研究的作者也承認，未來還需要對該目標開展更多的觀測以排除其他可能的解釋 。如這一信號源可能是一個超大質量黑洞 ， 它直接形成于原始星云的塌縮 。不過如果情況果真如此，那將更加令人激動 。
在此之前，許多天文學家相信要想觀測到宇宙中的第一代恒星將需要用到類似美國宇航局即將發射的“詹姆斯·韋伯”空間望遠鏡這樣的大型設備，該設備耗資高達90億美元，計劃于2018年 發射升空 。這臺威力強勁的新一代太空望遠鏡將可以幫助科學家們回溯更加久遠的時空 ， 程度遠超任何其他設備 。但如果索布萊爾和同事們的研究結果得到證實，那 么就表明利用現有設備同樣可以實現對這類原始恒星的觀測 。事實上類似的明亮星系此前便曾經被觀察到，并被鎖定為潛在的研究目標 。索布萊爾表示：“或許我們 很早之前就已經看到這些天體了 ?！?br />