韋伯發現上古第一代恆星行蹤：它們藏在這個星系裡

2024年03月09日07:45:28 科學 1508

韋伯望遠鏡發現宇宙第一代恆星的間接證據。

GN-z11位於大熊座。NASA / ESA / CSA

上古的第一代恆星可能已經找到，它們藏在距地球最遠的星系里。

這個編號為GN-z11的星系最早是哈勃太空望遠鏡於2015年發現的，且已被反覆研究。整個星系的紅移值為10.6。對於這樣遙遠的星系來說，用多久以前來描述似乎比用距離地球多遠更合適。GN-z11存在於宇宙大爆炸後僅4.3億年的時空中。

GN-z11是紅移值相近的星系中最明亮的一個。類似星系中有許多比星系演化模型的預言要亮，而星系演化模型的基礎是宇宙學標準模型。

以英國劍橋大學Roberto Maiolino為首的一批天文學家，藉助詹姆斯・韋伯太空望遠鏡的近紅外相機和近紅外分光儀對GN-z11進行了探測，結果發現了第一代恆星——也就是第三族恆星存在的證據；與此同時人們還發現那裡有一個正在通過吞噬大量物質以驚人的高速增大的超大質量黑洞。

天文學家根據內部重元素（金屬元素）的濃度，將恆星分為三個族群。第一個族群形成於最近五六十億年間，它們內部的重元素濃度最高。我們的太陽就屬於這個族群。第二個族群是太陽這一代恆星的上一輩，內部的重元素濃度低一些。這些恆星在銀河系中分佈在最古老的區域內。而第三個族群也就是宇宙誕生後形成的第一代恆星，一直以來都只是純粹的假想。

第一代恆星是從幾乎純粹的氫雲中誕生的。由於沒有上一代恆星，它們幾乎不包含任何重元素。它們是由純氫純氦構成的巨大等離子氣團。這些恆星極端明亮，也極端巨大。它們的質量至少相當於幾百個太陽。

韋伯望遠鏡在GN-z11的外緣觀測到了一個神秘的電離氦氣團。而這被認為是星系內存在第一代恆星的間接證據。

研究人員表示，僅包含氦表明這個氣團相當原始。而這種情形和理論對第一代恆星誕生環境的預言十分吻合。

這些氦被來源不明的大量紫外線電離。產生這些紫外線的，理論上只可能是第一代恆星。研究人員表示，這些氦有可能就是這些恆星形成後遺留下來的物質，電離這些氦所需的紫外線量，需要質量總和大約相當於60萬個太陽那麼多的恆星才能提供，而這些恆星的亮度總和可以達到太陽的20萬億倍。這也表明，像GN-z11這樣的遙遠星系比現代星系更適於孕育大質量恆星。

除了發現存在第一代恆星的間接證據，研究人員還發現GN-z11中心可能有一個質量相當於200萬個太陽的超大質量黑洞。

研究人員發現這個黑洞的吸積盤正在產生強大的輻射，並且還在黑洞附近檢測到了電離的化學元素。這個黑洞是迄今為止人類發現的最遙遠的超大質量黑洞，它周圍的吸積盤非常緻密非常熾熱，也相當明亮。正是這個原因，再加上包含第一代恆星，才使GN-z11變得如此明亮。