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詹姆斯韦伯望远镜可能已经发现了宇宙中第一批恒星的一些

(2024-03-08 16:46:21)

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杂谈

詹姆斯韦伯望远镜可能已经发现了宇宙中第一批恒星的一些

By Keith Cooper

2024/3/8

Cosmology

詹姆斯·韦伯太空望远镜放大大爆炸后仅4.3亿年存在的星系GN-z11，揭示宇宙中最古老的恒星的一些。

GN-z11被发现于大熊座中，位于一个被大天文台起源深度勘查（GOODS）项目研究的天空区域中。 (Image credit: NASA/ESA/CSA/STScI/Brant Robertson (UC Santa Cruz)/Ben Johnson (CfA)/Sandro Tacchella (Cambridge)/Marcia Rieke (University of Arizona)/Daniel Eisenstein (CfA))

由于被詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）做出的观测，宇宙中存在的第一代恒星的证据已经见光。该证据位于已知的最遥远的星系之一中。

这个被命名为GN-z11的星系被哈勃太空望远镜先于詹姆斯韦伯太空望远镜发射于2015年发现，它被考虑为是已知的最遥远的星系。有一个为10.6的红移，来谈论它存在了多长时间而不是它有多远更有意义。这是因为我们看到GN-z11就像它在大爆炸后刚4.3亿年一样，由于它用的它的光旅行到达我们宇宙的角落的时间。相比之下，今天的宇宙有138亿岁老。

因此，GN-z11是詹姆斯韦伯太空望远镜来研究的一个首要目标。现在，两篇新论文描述关于GN-z11的深刻发现，揭示关于早期宇宙中存在的星系如何能够生长的重要细节。

GN-z11是在这个特定红移已知的最明亮的星系，真的这已经变成由詹姆斯韦伯太空望远镜在早期宇宙中几乎经常发现的高红移星系的共同主题。它们中的许多出现比我们的星系形成模型预测的远更亮。这些预测是基于宇宙学的标准模型。

现在，詹姆斯韦伯太空望远镜的新观察似乎已经揭示正在发生的。

由剑桥大学的罗伯托·马约利诺（Roberto Maiolino）领导的天文学团队用詹姆斯韦伯太空望远镜的两种近红外仪器近红外相机（NIRCam）和近红外光谱仪（NIRSpec）探测了GN-z11。研究人员发现了叫种群三族恒星的第一代恒星的证据以及一个吞噬大量物质并以极快的速度增长的超大质量黑洞。

科学家能基于恒星的丰富的重元素计算一颗恒星的年龄，这些重元素已经被前几代生存和死亡的恒星形成，将这些重元素吐进太空，在那里它们最终被循环在恒星形成区域中形成新的恒星体。在过去五、六十亿年中已经形成的最年轻的恒星被指为种群I族恒星，并且有最高的重元素丰度。我們的太陽是一顆种群I恆星。更老的恒星含有更少的重元素，因为在它们之前一直有更少的恒星世代。我们称这些为种群二族恒星，它们生活在我们银河系最古老的区域中。

然而，到目前为止，种群三族恒星一直纯粹是假设的。

为第一批恒星提供证据的原始氦气团块的光谱。 (Image credit: NASA/ESA/CSA/Ralf Crawford (STScI))

这些将是第一批来形成的恒星，因为在它们之前没有其它恒星来，它们不会含有重元素，并且仅由在大爆炸期间锻造的原始氢和氦弄成。这些第一批恒星也被认为一直是极端明亮的，质量至少相当于几百个太阳。

尽管天文学家仍然没有直接的看到种群三族恒星，但马约利诺的团队在GN-z11中探测到了它们的间接证据。近红外光谱仪在GN-z11边缘附近观察到一团电离氦。

马约利诺在一份声明中说，“除了氦气之外，我们没有看到任何其他东西的事实提示这个团块一定是相当原始的，这是某些被理论和仿真所期望的来自这些纪元特别的大质量星系附近的东西------ 应该是在光晕中幸存的原始气体的口袋，这些气体可能坍塌并形成种群三族恒星”。

这种氦气正在被某些产生宏大量紫外线的东西电离，这种东西被推断为种群三族恒星。目睹的潜在的氦是来自这些恒星形成的剩余物质。电离所有气体所需的紫外线量总共需要大约600000个太阳质量的恒星，用比我们的太阳更亮20万亿倍总光度照耀。这些数字提示像GN-z11这样的遥远星系会一直比现代宇宙中的星系更熟练形成大质量恒星。

同时，按照第二组结果，马约利诺的团队还在GN-z11的心脏发现了200万太阳质量黑洞的证据。