韋布望遠鏡發(fā)現(xiàn)宇宙首批恒星迄今最強證據(jù)

IT之家 4 月 13 日消息，幾十年來，天文學家只能借助理論模型研究宇宙中最早誕生的恒星。如今，詹姆斯 · 韋布空間望遠鏡（JWST）的觀測結(jié)果，為這些古老的“第三星族星”提供了迄今為止最具說服力的證據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，它們聚集在一個宇宙大爆炸僅 4 億年后就形成的小型伴天體周圍。

這一發(fā)現(xiàn)已刊載于兩篇配套研究論文中，兩篇預印本均發(fā)布在 arXiv 服務器上：一篇由劍橋大學的羅伯托 · 馬約利諾領銜，另一篇則由佛羅倫薩大學的埃爾卡 · 魯斯塔主導。若該發(fā)現(xiàn)得到證實，將為人類打開一扇直接觀測早期宇宙環(huán)境的窗口，并有助于解釋初代恒星如何塑造了后續(xù)宇宙中的一切天體。

初代恒星

據(jù)IT之家了解，與如今的恒星不同，第三星族星由近乎純凈的氫和氦氣體云形成，彼時碳、氧、鐵等重元素尚未在恒星內(nèi)部通過核合成產(chǎn)生。天文學家認為，這類恒星質(zhì)量極大、溫度極高，僅用幾百萬年就燃盡自身燃料 —— 在宇宙時間尺度上不過是轉(zhuǎn)瞬即逝。此后，它們會以劇烈超新星爆發(fā)的形式消亡，為重元素播撒至下一代恒星中奠定基礎。

2024 年，馬約利諾及其團隊在 GN-z11 星系的暈輪中發(fā)現(xiàn)了一個異常信號。GN-z11 是目前已知早期宇宙中最明亮的星系之一。研究團隊借助韋布望遠鏡搭載的近紅外光譜儀 NIRSpec-IFU，在距離主星系僅 3 千秒差距處、一個名為“赫柏”的小型伴天體上，探測到一條微弱的發(fā)射譜線。

這條譜線與雙電離氦的特征完全吻合，而產(chǎn)生該信號需要能量極高的輻射。加之光譜中未檢測到任何重元素，研究團隊提出，第三星族星是最合理的輻射來源，盡管此前人類從未直接觀測到過這類古老恒星。

進一步觀測

憑借 NIRSpec-IFU 的高分辨率觀測能力，馬約利諾團隊現(xiàn)已證實這條氦信號真實存在，并將其解析為兩個獨立的組成部分。

在另一項獨立研究中，魯斯塔團隊在同一位置探測到氫發(fā)射譜線，為該天體的身份認定提供了第二個關鍵依據(jù)。兩項研究均未在輻射信號中發(fā)現(xiàn)重元素存在的證據(jù)。

隨后，魯斯塔團隊通過理論建模，利用觀測到的赫柏天體氦氫比例，推算出這些初代恒星的大致質(zhì)量范圍。分析結(jié)果顯示，這些恒星的質(zhì)量分布偏向大質(zhì)量恒星，多數(shù)質(zhì)量約為太陽的 10 至 100 倍，這與相關預測一致，即早期宇宙尚未被重元素富集時，誕生的初代恒星溫度高、質(zhì)量大。

盡管天文學家仍需更多觀測，才能深入了解這些古老恒星的演化歷程，但這些相互印證的研究結(jié)果，已是目前證明其真實存在的最清晰證據(jù)之一。在此基礎上，天文學家或?qū)⒑芸旖议_更多塑造當今宇宙結(jié)構(gòu)的起源奧秘。