——鄭憲忠 中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員

近日，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）宣布哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（以下簡(jiǎn)稱哈勃）利用引力透鏡效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了人類迄今觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的單顆恒星。

這顆恒星誕生于宇宙大爆炸后的10億年內(nèi)。研究人員估計(jì)，這顆恒星的質(zhì)量至少是太陽(yáng)的50倍，亮度是太陽(yáng)的數(shù)百萬(wàn)倍。由于距離地球非常遙遠(yuǎn)，它發(fā)出的光線用了129億年才到達(dá)地球。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。

這顆恒星被命名為埃倫德?tīng)枺‥arendel），在古英語(yǔ)單詞中意為晨星或旭日之光。那么，這縷“晨光”將為人類揭示宇宙演化帶來(lái)哪些新的線索？

在NASA看來(lái)，哈勃的這一新發(fā)現(xiàn)有望開(kāi)啟早期恒星形成相關(guān)研究的新篇章。

美國(guó)約翰斯·霍普金斯大學(xué)研究人員、論文第一作者布賴恩·韋爾奇表示，埃倫德?tīng)柎嬖谟诤芫靡郧埃纬伤摹霸牧稀笨赡懿煌谝酝阎暮阈牵@一發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家對(duì)宇宙非常早期、恒星形成的未知時(shí)代展開(kāi)研究。

利用宇宙“放大鏡”發(fā)現(xiàn)129億年前的星光

此次哈勃發(fā)現(xiàn)埃倫德?tīng)枺袷且淮闻既坏腻忮恕！耙怨挠^測(cè)能力，原本無(wú)法看清那么遙遠(yuǎn)的星光。但這次哈勃能看到埃倫德?tīng)枺且驗(yàn)樵诘厍蚝桶惖聽(tīng)栔g，有一塊特殊的‘放大鏡’。”中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)研究員鄭憲忠告訴科技日?qǐng)?bào)記者，這塊“放大鏡”其實(shí)是一個(gè)巨大的星系團(tuán)——WHL0137-08，正是由于WHL0137-08的引力透鏡效應(yīng)，埃倫德?tīng)柕墓獠拍鼙幻翡J的哈勃捕捉到。

引力透鏡效應(yīng)是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中預(yù)言的一種現(xiàn)象，指時(shí)空在大質(zhì)量天體附近會(huì)發(fā)生畸變，從而使得光線在經(jīng)過(guò)大質(zhì)量天體附近時(shí)發(fā)生偏折。

“當(dāng)光線經(jīng)過(guò)星系團(tuán)時(shí)，因強(qiáng)大的引力而產(chǎn)生的空間扭曲會(huì)使光線偏折，星系團(tuán)就像放大鏡一樣匯聚和放大了背景天體的圖像，間接形成了一種‘放大鏡機(jī)制’。”鄭憲忠說(shuō)，星系團(tuán)WHL0137-08距離地球56億光年，埃倫德?tīng)査谛窍档墓庠诘诌_(dá)星系團(tuán)WHL0137-08時(shí)，被星系團(tuán)扭曲成一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的新月形，星光被放大了數(shù)千倍。

“這類似于在陽(yáng)光明媚的日子里，游泳池表面的波紋在底部形成明亮的光斑——水面的漣漪充當(dāng)了透鏡，將陽(yáng)光聚焦到游泳池底，使池底亮斑達(dá)到最大亮度。”鄭憲忠解釋道。

而空間望遠(yuǎn)鏡是通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的曝光來(lái)收集宇宙中的光子，從而探測(cè)出未知天體的。在WHL0137-08的“助攻”下，這一次，哈勃捕捉到了來(lái)自埃倫德?tīng)柕墓庾印?/p>

這也是哈勃再一次刷新自己創(chuàng)下的紀(jì)錄。在埃倫德?tīng)栔埃?jīng)在2018年發(fā)現(xiàn)了一顆遙遠(yuǎn)的恒星——伊卡洛斯（Icarus）。在詳細(xì)甄別測(cè)算后，科學(xué)家最終確認(rèn)這顆遙遠(yuǎn)恒星位于地球94億光年外。

埃倫德?tīng)枴吧硎馈比允俏唇庵i

埃倫德?tīng)柕陌l(fā)現(xiàn)，讓科學(xué)家頗感意外。布萊恩·韋爾奇說(shuō)：“一開(kāi)始我們幾乎不相信它的存在，它比此前人類觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的恒星還要遠(yuǎn)得多。”

韋爾奇認(rèn)為，埃倫德?tīng)柕某霈F(xiàn)，為人類打開(kāi)了一扇研究早期宇宙的新窗口。

恒星是由大量氫和氦組成的等離子體，它們的內(nèi)部不斷發(fā)生核聚變反應(yīng)，不斷向外發(fā)出能量，產(chǎn)生輻射壓來(lái)對(duì)抗自身引力坍縮。

為何科學(xué)家能判定哈勃接收到的光來(lái)自恒星而非星系或其他天體呢？

“與星系相比，恒星的尺寸要小很多，而且發(fā)出的光也要暗淡很多。從目前的數(shù)據(jù)看，埃倫德?tīng)柋饶壳耙阎钚〉男菆F(tuán)更小；另外，恒星的溫度一般從800開(kāi)爾文到幾萬(wàn)開(kāi)爾文不等，埃倫德?tīng)柕臏囟认喈?dāng)于4萬(wàn)開(kāi)爾文左右，在恒星的溫度區(qū)間；最后，在哈勃3年多的觀測(cè)中，埃倫德?tīng)柕牧炼然颈３植蛔儭Ｋ圆豢赡苁菬o(wú)光、無(wú)溫度的黑洞，也不可能是超新星爆發(fā)等。”鄭憲忠說(shuō)。

埃倫德?tīng)栒Q生于宇宙大爆炸后約9億年，即誕生于宇宙的“嬰兒時(shí)期”。

關(guān)于埃倫德?tīng)柕脑敿?xì)“身世”，至今仍有許多未解之謎，例如它具體的質(zhì)量、亮度、溫度和類型等，以及它是單星還是雙星，“大多數(shù)像埃倫德?tīng)栠@種質(zhì)量的恒星通常都有一個(gè)更小、更暗的伴星。”鄭憲忠說(shuō)。

為捕捉第一代恒星的蹤跡提供希望

雖然“身世”不詳，但埃倫德?tīng)柸匀灰鹆颂煳膶W(xué)家的極大興趣，“我們可以獨(dú)立地研究它的電磁輻射。”韋爾奇說(shuō)，“這讓我們可以直接與銀河系中的恒星進(jìn)行比較，從而加深我們對(duì)早期宇宙中恒星的理解。”

更重要的是，埃倫德?tīng)栕尶茖W(xué)家看到了捕捉第一代恒星蹤跡的希望。

“現(xiàn)有的理論模型認(rèn)為，宇宙大爆炸后，熾熱的輻射漸漸平息下來(lái)，宇宙溫度慢慢下降，經(jīng)歷一個(gè)黑暗時(shí)期，中性氫開(kāi)始在一些宇宙物質(zhì)密度較高的地方聚集，當(dāng)其質(zhì)量、壓力增大到一定程度時(shí)，發(fā)生核聚變，形成了第一代恒星。”鄭憲忠解釋，第一代恒星誕生于距今約137億年前，基本由氫和氦元素組成，還有極少數(shù)的鋰等，金屬豐度接近零。它們的誕生意味著宇宙再電離時(shí)期的開(kāi)始。而埃倫德?tīng)栒Q生于宇宙再電離結(jié)束時(shí)期，它是否攜帶著第一代恒星的“出生證明”，值得探尋。

“至今為止，人類還沒(méi)發(fā)現(xiàn)過(guò)第一代恒星，因?yàn)樗鼈償?shù)量稀少，而且在宇宙演化早期，中性氫會(huì)吸收天體的光，導(dǎo)致恒星暗淡。目前來(lái)看，發(fā)現(xiàn)第一代恒星有兩種途徑，一是把人類探測(cè)的目光投向更深邃、遙遠(yuǎn)的宇宙，特別是要關(guān)注大質(zhì)量天體，質(zhì)量大的恒星亮度也會(huì)大，看到的幾率就高；二是在銀河系里探測(cè)質(zhì)量小、金屬豐度極低的天體，因?yàn)橘|(zhì)量越小的天體，壽命越長(zhǎng)。”鄭憲忠認(rèn)為，如果第一代恒星被探測(cè)到，將為揭示星系化學(xué)和動(dòng)力學(xué)演化提供重要線索。

這讓埃倫德?tīng)柋患挠韬裢Ｓ杏^點(diǎn)認(rèn)為，如果后續(xù)研究證明埃倫德?tīng)栔皇怯稍嫉臍浜秃そM成，這將是傳說(shuō)中第一代恒星存在的第一個(gè)證據(jù)。

如何破解埃倫德?tīng)栍锌赡茈[藏的宇宙之謎？天文學(xué)家打算利用詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)埃倫德?tīng)栠M(jìn)行觀測(cè)。

在鄭憲忠看來(lái)，距離我們最遙遠(yuǎn)的恒星，或者說(shuō)第一代恒星，形成的條件很苛刻，找到它們并了解它們最初的演化過(guò)程，如氣體是如何冷卻形成的恒星，最初的恒星到底有多大，它們的質(zhì)量、壽命是多少，恒星是否直接由氣體引力坍縮形成等，對(duì)于驗(yàn)證現(xiàn)有恒星理論具有重大意義。

“了解天體是如何誕生的，對(duì)于探尋生命的起源、理解文明的意義或許也會(huì)提供一些借鑒。”鄭憲忠說(shuō)。

標(biāo)簽： 早期宇宙 宇宙大爆炸 引力透鏡效應(yīng)