發表日期 4/10/2022, 7:31:39 PM
此前最遙遠恒星紀錄的保持者發齣的光,花瞭90億年(譯者注:由於宇宙膨脹,實際共動距離為144億光年)纔到達地球,它是一顆巨大的藍色恒星,名為“伊卡洛斯”(Icarus)。
需要注意的是,“埃蘭迪爾”(Earendel)不應與已知的最古老恒星相混淆,後者名為“瑪士撒拉”(Methuselah),於2013年被哈勃望遠鏡發現。
哈勃還保持著最遠宇宙距離星係紀錄,這一最遠星係的光花瞭134億年纔到達地球。
圖片來源:NASA
美國航空航天局(NASA)的哈勃空間望遠鏡(Hubble Space Telescope)創立瞭一個瞭不起的新標杆:它探測到瞭宇宙大爆炸後最初十億年內的恒星發齣的光,這是迄今為止觀測到的最遙遠的單顆恒星。
相比哈勃望遠鏡2018年探測到的“伊卡洛斯”,也就是在此之前的最遠單顆恒星紀錄保持者,這一發現是一個巨大的飛躍。“伊卡洛斯”存在於宇宙大約40億歲,也就是隻有當前宇宙年齡30%的時候,天文學傢稱該時刻為“紅移1.5”(redshift 1.5)。之所以使用“紅移”這個詞,是因為隨著宇宙的膨脹,來自遙遠天體的光傳播到地球時會被拉伸,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129億年纔能到達地球(譯者注:由於宇宙膨脹,該恒星的共動距離為280億光年),在我們看來,它就像宇宙隻有當前年齡的7%時一樣,紅移達到瞭6.2。此前我們在如此遙遠的距離上看到的最小天體,還是早期星係中的星團。
“起初我們幾乎無法相信,它比之前最遠、最高紅移的恒星還要遠得多。”美國約翰斯・霍普金斯大學(Johns Hopkins University)的天文學傢布雷恩・韋爾奇(Brian Welch)說道。這一最新發現發錶在3月30日的《自然》(Nature)雜誌上,韋爾奇是論文的第一作者,共同作者丹・科(Dan Coe)來自同樣位於美國巴爾的摩的空間望遠鏡科學研究所(Space Telescope Science Institute,STScI),新發現是基於丹・科領導的哈勃再電離透鏡星係團巡天(Reionization Lensing Cluster Survey,RELICS)項目的數據完成的。
“通常而言,在這樣的距離上,整個星係看起來像一個小而暗淡的模糊的點,來自數百萬顆恒星的光都混閤在瞭一起。”韋爾奇說,“這顆恒星所在的星係被引力透鏡放大並扭麯成瞭長長的新月形,我們將其命名為‘日齣弧’(Sunrise Arc)。”
在詳細研究瞭這一星係後,韋爾奇確定圖中有一個特徵是一顆被顯著放大的恒星,他稱之為“埃蘭迪爾”(Earendel),這個詞在古英語中意為“晨星”或“旭日之光”。這一發現有望開啓一個非常早期的恒星形成的未知時代。
這張詳細的視圖突齣瞭“埃蘭迪爾”恒星在一道時空漣漪(虛綫)上的位置,該漣漪對它進行瞭放大,讓科學傢能夠在如此遠的距離(紅移6.2,共動距離280億光年)上探測到它。圖中還顯示瞭在放大綫兩側的鏡像星團。這種扭麯和放大是由位於哈勃和“埃蘭迪爾”之間的巨大質量星係團造成的。這片星係團的質量如此之大,以至於它扭麯瞭空間的結構,透過那片空間觀測天體就像透過放大鏡看東西一樣,另一頭的天體會被扭麯並放大。
圖片來源:科學部分:NASA、歐洲航天局(ESA)、約翰斯・霍普金斯大學布雷恩・韋爾奇、空間望遠鏡科學研究所丹・科;圖像處理:NASA、歐洲航天局、空間望遠鏡科學研究所阿莉莎・帕甘(Alyssa Pagan)
“‘埃蘭迪爾’存在於很久以前,它的‘原材料’可能不同於如今我們周圍的恒星,”韋爾奇解釋說,“對‘埃蘭迪爾’的研究將是我們通往不熟知宇宙時代的一扇窗,正是這一時代造就瞭我們如今所熟知的一切。就像我們一直在閱讀一本非常有趣的書,但以前是從第二章開始讀,現在我們將有機會看到這一切是如何開始的。”
當恒星對齊在一條綫上
研究團隊估計,“埃蘭迪爾”的質量至少是太陽質量的50倍,亮度則是太陽的數百萬倍,與已知的最大質量恒星不相上下。但是,如果沒有位於我們和“埃蘭迪爾”之間的巨大星係團WHL0137-08的自然放大作用,即使是如此明亮、質量非常之大的恒星,我們也很難在這麼遙遠的距離上觀測到。星係團的巨大質量扭麯瞭空間結構,形成瞭強大的自然放大鏡,顯著地放大瞭來自其後方遙遠天體的光綫。
由於與産生放大效應的星係團罕見地對齊在瞭一條綫上,“埃蘭迪爾”直接齣現在或非常接近於空間結構的漣漪上,這種漣漪在光學中被定義為焦散綫(caustic),可以提供最大的放大倍率和亮度增強。這種效果類似於遊泳池起伏波動的水麵,在陽光明媚的日子裏,陽光透過水麵在池底形成明亮的光綫圖案,水麵的漣漪充當瞭透鏡,將陽光聚焦到瞭泳池底部形成最大的亮度。
這種焦散綫導緻“埃蘭迪爾”從它所在星係的整體輝光中突顯齣來,亮度被放大瞭一韆倍或者更多。目前,天文學傢還無法確定“埃蘭迪爾”是否是一個雙星係統,盡管大多數大質量恒星至少都有一顆較小的伴星。
讓韋布來確認
天文學傢預計,未來幾年內“埃蘭迪爾”仍將被高度放大,NASA的詹姆斯・韋布空間望遠鏡(James Webb Space Telescope)將對它進行更近一步的觀測。韋布對紅外光的高靈敏度正是瞭解“埃蘭迪爾”更多相關信息所需要的,因為在宇宙膨脹之下,它的光被拉伸(紅移)到瞭更長的紅外波段。
“通過韋布,我們希望確認‘埃蘭迪爾’確實是一顆恒星,同時對它的亮度和溫度進行測量。”丹・科說道。這些細節將有助於研究人員確認它的類型和所處的恒星生命周期中的階段。“我們還期望發現‘日齣弧’星係缺乏在隨後幾代恒星中形成的重元素,這將錶明‘埃蘭迪爾’是一顆罕見的、大質量的貧金屬恒星。”丹・科補充道。
“埃蘭迪爾”的成分將引起天文學傢的極大興趣,因為它是在宇宙被曆代大質量恒星産生的重元素充滿之前形成的,如果後續的研究發現它僅由原始的氫和氦組成,那麼“埃蘭迪爾”將是傳說中的星族III(Population III)恒星的第一個證據,這類恒星被認為是大爆炸後宇宙中誕生的第一代恒星。雖然可能性很小,但韋爾奇錶示這樣的期待仍然令人振奮。
“有瞭韋布,我們可能會看到比‘埃蘭迪爾’更遠的恒星,這將是非常令人興奮的,”韋爾奇說,“我們會盡量往前迴溯,我很想看到韋布打破‘埃蘭迪爾’的恒星最遠距離紀錄。”
視頻來源:NASA戈達德航天中心
首席製作人:保羅・莫裏斯(Paul Morris)
字幕製作&審校:哇喳&傅煜銘
哈勃空間望遠鏡是NASA和歐洲航天局之間的國際閤作項目,由位於美國馬裏蘭州格林貝爾特的NASA戈達德航天中心(Goddard Space Flight Center)負責管理,位於美國馬裏蘭州巴爾的摩的空間望遠鏡科學研究所(STScI)負責開展哈勃的科學業務,STScI由位於美國華盛頓特區的大學天文學研究協會(Association of Universities for Research in Astronomy)負責為NASA運營。
(翻譯:哇喳 審核:傅煜銘)
參考來源:
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/record-broken-hubble-spots-farthest-star-ever-seen