天文學家發現詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)可能已經發現了人們長期尋找的大爆炸後不久誕生的第一代恆星。
這些原始恆星被稱為星族 III 或 POP III 恆星,位於一個名為 LAP1-B 的星系中,之前耗資 100 億美元的太空望遠鏡曾對這個星系進行過研究。來自這個星系的光已經傳播了 130 億年才到達 威斯康星大學, 這意味著我們看到的 LAP1-B 是在大爆炸後僅 8 億年的時候。
這個星係是如此遙遠,以至於即使是 JWST 高度敏感的紅外視覺也只能看到它,這要歸功於阿爾伯特·愛因斯坦在 1915 年的廣義相對論中首次預測的一種現象。這種現像被稱為引力透鏡,描述了來自遙遠物體的光通過一個巨大的介入物體扭曲空間而被放大。放大LAP1-B的引力透鏡是一個巨大的星系團,位於地球和LAP1-B之間,距離約43億光年,稱為MACS J0416.1-2403(MACS0416)。
識別宇宙的第一批恆星
JWST 看到的 LAP1-B 星係處於被稱為“再電離時代”的宇宙時代,在此期間,來自第一批恆星和星系的紫外線被認為將氫和氦的中性氣體轉化為一種稱為等離子體的過熱帶電氣體。因此,它標誌著“宇宙黑暗時代”的結束。
這些 POP III 恆星被認為是在這個時代之前形成的;大約2億年後合併 大霹靂, 當宇宙膨脹並冷卻到足以讓電子和質子形成第一個氫原子(宇宙中最輕的元素)之後。
維斯巴爾說:“在宇宙學的標準模型中,POP III 恆星形成於非常小的暗物質結構中,這些結構是更大星系的基石。” “因此,它們告訴我們星系形成和演化的最早階段。它們還可以限制暗物質的特性,因為暗物質的替代模式會影響它們最初形成的位置。”
這意味著天文學家一直熱衷於識別POP III恆星,但迄今為止第一代星體還很難區分。
維斯巴爾說:“POP III 恆星一直難以捉摸,因為它們大多形成於早期,因此它們距離很遠,並且形成小星團。” “這讓他們非常虛弱。”
由於 POP III 恆星形成時,宇宙中僅充滿了氫和氦,只有微量的較重元素(天文學家稱之為“金屬”),因此第一代恆星必須與太陽(POP I 型恆星)等現代“富含金屬”恆星區分開來,因為它們的金屬豐度較低。
這種低金屬豐度還對 POP III 恆星產生了另一個影響,使它們的質量達到令人難以置信的質量,相當於太陽的 100 倍甚至更多。此外,POP III 恆星由於質量較大,被認為會聚集成相對較小的星團。
維斯巴爾說:“模擬表明,由於原始氣體的冷卻效率低於含有碳和氧等重元素的氣體,因此恆星形成過程中的氣體碎片較少。” “這使得 POP III 恆星比富含金屬的恆星質量更大,其典型質量可能是太陽質量的 100 倍。”
事實上,研究小組發現 LAP1-B 中的恆星被含有極少量金屬的氣體包圍,並且它們似乎處於約 1,000 個太陽質量的星團中。
這些發現還表明,引力透鏡可能是在早期或高紅移時尋找更多 POP III 恆星的有效方法。
“在我們進行計算之前,我認為我們的模型會發現紅移為 6.6 的 Pop III 恆星太罕見,無法在引力透鏡的強烈放大部分中找到。我驚喜地發現,我們的計算表明它們應該足夠常見,可以在像 MACSJ0416 這樣的星團後面觀察到。” “接下來,我們希望對 Pop III 恆星到 Pop II 恆星(宇宙中的第二代恆星)的轉變進行更詳細的流體動力學模擬,看看它們是否與 LAP-1B 和類似天體的光譜一致。”
該團隊的研究成果於 10 月底發表在 天體物理學雜誌通訊。










