遥远宇宙第一代恒星首次发现 位置出人意料

2015年06月29日08:44   新浪科技 微博    收藏本文     
艺术示意图:遥远的星系CR7,其中可能包含有一些宇宙中最原始的恒星艺术示意图:遥远的星系CR7,其中可能包含有一些宇宙中最原始的恒星

  新浪科技讯 北京时间6月29日消息,据《自然》杂志网站报道,天文学家们近日首次观测到宇宙中的第一代恒星,这些恒星随后在爆炸衰亡的过程中将碳、氧以及其他元素撒播到宇宙之中。

  理论上认为这些早期恒星的质量可以达到太阳质量的数百倍之多,并且其成分几乎全部为氢,氦以及极少量的锂元素,这些都是宇宙大爆炸时产生的元素。最早的一批 恒星大约出现于大爆炸之后数亿年,它们的寿命很短,仅有数百万年,之后便在超新星爆发之中灰飞烟灭,并将大量重元素撒播到太空环境中,从而构成了新一代含 有更丰富元素成分的恒星的原材料。然而这些都只是天文学家们的推测,我们从未能亲眼观测到这些最早期恒星的存在。

  现在,天文学家们相信他们已经在一个迄今观测到的最为明亮的遥远星系中窥见了这最早一批恒星的身影。在这些恒星所处的年代宇宙的年龄大约仅有8亿年(现在年龄的6%)。它们的成分看起来非常原始,但其形成的年代甚至晚于一部分的第二代恒星。

  如果这项发现得到证实,它将意味着寻找这些宇宙早期的庞然大物应该要比天文学家们原先所设想的更容易一些。葡萄牙里斯本大学的天文学家大卫·索布莱尔(David Sobral)是这项研究的第一作者,他说:“在此之前,对于这类恒星开展的所有工作都是理论性的。因此这是第一次我们有机会获得关于这类恒星的实际观测数据,并以此对许多相关理论进行检验并开始理解这些恒星的形成机理。”有关这项研究工作的论文已经发表在预印网站arXiv上,并且已经由《天体物理学杂志》接受,即将刊出。 

  极度遥远的星系

  对这些古老恒星的研究涉及到对极遥远星系的观测。它们发出的光线经历数十亿年的时间才最终抵达地球,并为我们带来有关极早期宇宙的相关信息。然而这些光线已经极其微弱,难以进行探测。形成于相对小质量星云云团中的早期恒星寿命短暂,这一点也同样增加了对其开展观测的难度。

  而此番这一出人意料的发现则来自索布莱尔与一个国际天文学家团队利用设在夏威夷莫纳克亚山顶的昴星团望远镜开展的巡天观测。他们随后更进一步调用另外三台大型望远镜对其中一些异常明亮的星系进行详细观察,并在其中一个编号为COSMOS Redshift 7的星系中探测到一个独特信号。这一星系名后来被缩写为CR7,这是葡萄牙球星C-罗(Cristiano Ronaldo)的昵称。

  来自CR7的光谱分析显示电离态氦的信号,这表明这一目标温度极高。索布莱尔指出,在这样的温度环境下,任何的碳或氧原子都将处于电离状态。但在开展的光谱分析中却未能检测到这些元素的存在,这一证据强烈暗示这一天体属于宇宙中的第一代恒星。这类恒星被称作“星族Ⅲ恒星”(Population III stars),因为它是在天文学家早已习惯使用二分法将恒星非常两个星族之后被提出来的。 

  出乎意料的发现

  然而这个星系所在的位置有些出人意料,它并不位于天文学家们之前认为可能找到宇宙中最早期恒星的区域中。另外CR7星 系中还包含有一些第二代恒星,它们是由已经消亡的第一代恒星留下的残骸物质形成的。索布莱尔和他的同事们认为这些原始恒星可能是在较晚时期形成的,其物质 来源是一团未受“污染”的原始星云。可能是由于早前爆发的恒星产生的强烈辐射,这一星云未有冷却并凝聚。索布莱尔表示:“我们认为我们正在目睹的是星族Ⅲ恒星形成的最后阶段。”

  日本东京大学天体物理学家吉田直樹表示,这些原始恒星应当形成于一个大型且经历演化的星系之中,这就对这类恒星的解读提出了挑战。但尽管如此,这仍然是对CR7光谱信号最有可能的解释,但这项研究的作者也承认,未来还需要对该目标开展更多的观测以排除其他可能的解释。如这一信号源可能是一个超大质量黑洞,它直接形成于原始星云的塌缩。不过如果情况果真如此,那将更加令人激动。

  在此之前,许多天文学家相信要想观测到宇宙中的第一代恒星将需要用到类似美国宇航局即将发射的“詹姆斯·韦伯”空间望远镜这样的大型设备,该设备耗资高达90亿美元,计划于2018年 发射升空。这台威力强劲的新一代太空望远镜将可以帮助科学家们回溯更加久远的时空,程度远超任何其他设备。但如果索布莱尔和同事们的研究结果得到证实,那 么就表明利用现有设备同样可以实现对这类原始恒星的观测。事实上类似的明亮星系此前便曾经被观察到,并被锁定为潜在的研究目标。索布莱尔表示:“或许我们 很早之前就已经看到这些天体了。”(晨风)

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文章关键词: 恒星宇宙星系

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