美國國家航空暨太空總署/歐洲太空總署的哈勃太空望遠鏡建立了一個非凡的新基準:探測宇宙大爆炸後最初十億年記憶體在的恒星的光(紅移 1.5)——這是迄今為止觀測到的最遠的一顆恒星。這為美國國家航空暨太空總署/歐洲太空總署 / 加拿大太空總署的詹姆斯韋伯太空望遠鏡在第一年設定了一個主要目標。

古老的哈勃太空望遠鏡

古老的哈勃太空望遠鏡

與之前哈勃望遠鏡在2018年觀測到的單星記錄保持者相比,這一發現是一個巨大的飛躍。那顆恒星存在於宇宙大約 40 億年的時候,即宇宙當前年齡的 30% ,天文學家將其稱為「紅移 1.5」。科學家使用「紅移」一詞是因為隨著宇宙膨脹,來自遙遠物體的光在向我們傳播時會被拉伸或“移動”到更長、更紅的波長。

這顆新發現的恒星距離地球如此之遠,以至於它的光需要 129 億年才能到達地球,在我們看來,它就像宇宙只有當前年齡的 7%,紅移 6.2 時的那樣。以前在如此遙遠的距離上看到的最小物體是嵌入早期星系中的星團。

巴爾的摩約翰霍普金斯大學的天文學家布萊恩·韋爾奇說:「一開始我們幾乎不相信它,它比之前最遙遠、最高的紅移恒星要遠得多。」韋爾奇是描述這一發現的論文的主要作者,該論文發表在3月30日的《自然》雜誌上。這一發現是根據同樣位於巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所( STScI )的合著者丹·科伊領導的哈勃再電離透鏡集群調查計畫( RELICS )期間收集的資料得出。

哈勃太空望遠鏡拍攝的紅移

哈勃太空望遠鏡拍攝的紅移

韋爾奇說:「通常在這些距離上,整個星系看起來像小污點,來自數百萬顆恒星的光混合在一起,這顆恒星所在的星系被引力透鏡放大和扭曲成一個長長的新月形,我們稱之為日出弧。」

哈勃太空望遠鏡拍攝的紅移

哈勃太空望遠鏡拍攝的紅移

在詳細研究了星系後,韋爾奇確定其中一個特徵是一顆被放大的恒星,他稱之為厄倫德爾,在古英語中是「晨星」的意思。這一發現有望開啟一個未知的早期恒星形成時代。

這張詳細的照片突出顯示了厄倫德爾沿著時空漣漪(虛線)的位置,該漣漪將其放大,並使這顆恒星能夠在近130億光年的如此遙遠的距離內被觀測到。圖片還顯示了在放大線兩側鏡像的星團。扭曲和放大是由位於哈勃和厄倫德爾之間的一個巨大品質的星系團造成。星系團的品質如此之大,以至於它扭曲了空間的結構,通過這個空間觀看就像通過放大鏡沿著玻璃或透鏡的邊緣觀看一樣,另一邊的事物的外觀也被扭曲和放大。

這張詳細的照片突出顯示了厄倫德爾沿著時空漣漪(虛線)的位置,該漣漪將其放大,並使這顆恒星能夠在近130億光年的如此遙遠的距離內被觀測到。圖片還顯示了在放大線兩側鏡像的星團。扭曲和放大是由位於哈勃和厄倫德爾之間的一個巨大品質的星系團造成。星系團的品質如此之大,以至於它扭曲了空間的結構,通過這個空間觀看就像通過放大鏡沿著玻璃或透鏡的邊緣觀看一樣,另一邊的事物的外觀也被扭曲和放大。

「厄倫德爾( Earendel )很久以前就存在,它可能沒有像今天我們周圍的恒星那樣擁有所有相同的原材料,」韋爾奇解釋說。「研究厄倫德爾將是一扇通往我們不熟悉的宇宙時代的視窗,這導致了我們所知道的一切。就像我們一直在讀一本非常有趣的書,但我們剛開始讀到第二章,現在我們將有機會看到這一切是如何開始的。」

當恒星重新排列

研究小組估計,厄倫德爾的品質至少是太陽品質的50倍,亮度是太陽的數百萬倍,可與已知的最大品質恒星相媲美。但是,如果沒有位於我們和厄倫德爾之間的巨大星系團 WHL0137-08 的自然放大,即使是如此明亮、品質如此之大的恒星也無法在如此遠的距離上觀測到。星系團的品質扭曲了空間結構,形成了一個強大的自然放大鏡,它扭曲並極大地放大了來自其背後遠處物體的光。

得益於與透鏡星系的罕見對齊,厄倫德爾星看起來非常接近太空結構中的漣漪。這種波紋提供了最大的放大率,因此這顆極遠恒星的亮度被放大了數千倍,才會從它宿主星系的一般輝光中脫穎而出。

得益於與透鏡星系的罕見對齊,厄倫德爾星看起來非常接近太空結構中的漣漪。這種波紋提供了最大的放大率,因此這顆極遠恒星的亮度被放大了數千倍,才會從它宿主星系的一般輝光中脫穎而出。

多虧了這顆罕見的與放大的星系團排列在一起的恒星,厄倫德爾直接出現在空間結構中的一個波紋上,或極為接近。這種波紋在光學中被定義為「焦散」,可以提供最大的放大倍數和亮度。這種效果類似於一個游泳池的波紋表面,在陽光明媚的日子裡,在池底形成明亮的光線圖案。水面的漣漪就像透鏡一樣,聚焦陽光,使池底達到最大亮度。

這種焦散導致恒星厄倫德爾從其所在星系的泛光中突顯出來。它的亮度被放大一千倍甚至更多。目前,天文學家還不能確定厄倫德爾是否為雙星,儘管大多數大品質恒星至少有一顆較小的伴星。

通過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡確認

天文學家預計,厄倫德爾在未來幾年內將保持高度放大。它將由美國國家航空暨太空總署的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡進行觀測。韋伯對紅外光的高靈敏度是瞭解厄倫德爾的必要條件,因為由於宇宙的膨脹,它的光被拉伸(紅移)到更長的紅外波長。

紅移

紅移

科伊說:「通過韋伯望遠鏡,我們希望確認厄倫德爾確實是一顆恒星,並測量它的亮度和溫度。」這些細節將縮小它在恒星生命週期中的類型和階段。科伊說:「我們還希望發現日出弧星系缺少形成於後續恒星中的重元素。這將表明厄倫德爾是一顆罕見的、大品質的貧金屬恒星。」

厄倫德爾

厄倫德爾

厄倫德爾的組成將引起天文學家的極大興趣,因為它是在宇宙充滿由連續幾代大品質恒星產生的重元素之前形成。如果後續研究發現厄倫德爾只由原始的氫和氦組成,這將是傳說中的第三族恒星的第一個證據,這些恒星被假設為大爆炸後誕生的第一顆恒星。雖然這種可能性很小,但韋爾奇承認這仍然很誘人。

厄倫德爾

厄倫德爾

有了韋伯,我們可能會看到比厄倫德爾更遠的恒星,這將是非常令人興奮的。」韋爾奇說。「我們將盡可能回到過去。我很想看到韋伯打破厄倫德爾的距離記錄。」

哈勃太空望遠鏡是美國國家航空暨太空總署和歐洲太空總署之間的國際合作專案。位於馬里蘭州格林灣爾特的美國國家航空暨太空總署戈達德太空飛行中心負責管理該望遠鏡。位於馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所( STScI )負責哈勃科學操作。 STScI 由位於華盛頓特區的大學天文學研究協會為美國國家航空暨太空總署運營。


参考来源
[1] James Webb Space Telescope
[2]Hubble uses cosmic lens to discover most distant star ever observed in 2018
[3]A highly magnified star at redshift 6.2 | Nature

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Tan Jinge
Tan Jinge, Editor of sbestimes.com

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    1 Comment

    1. 好遠的恆星點都能發現,這個是越來越先進了

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