韦布望远镜发现宇宙首批恒星迄今最强证据

IT之家 4 月 13 日消息，几十年来，天文学家只能借助理论模型研究宇宙中最早诞生的恒星。如今，詹姆斯 · 韦布空间望远镜（JWST）的观测结果，为这些古老的“第三星族星”提供了迄今为止最具说服力的证据。研究发现，它们聚集在一个宇宙大爆炸仅 4 亿年后就形成的小型伴天体周围。这一发现已刊载于两篇配套研究论文中，两篇预印本均发布在 arXiv 服务器上：一篇由剑桥大学的罗伯托 · 马约利诺领衔，另一篇则由佛罗伦萨大学的埃尔卡 · 鲁斯塔主导。若该发现得到证实，将为人类打开一扇直接观测早期宇宙环境的窗口，并有助于解释初代恒星如何塑造了后续宇宙中的一切天体。初代恒星据IT之家了解，与如今的恒星不同，第三星族星由近乎纯净的氢和氦气体云形成，彼时碳、氧、铁等重元素尚未在恒星内部通过核合成产生。天文学家认为，这类恒星质量极大、温度极高，仅用几百万年就燃尽自身燃料 —— 在宇宙时间尺度上不过是转瞬即逝。此后，它们会以剧烈超新星爆发的形式消亡，为重元素播撒至下一代恒星中奠定基础。2024 年，马约利诺及其团队在 GN-z11 星系的晕轮中发现了一个异常信号。GN-z11 是目前已知早期宇宙中最明亮的星系之一。研究团队借助韦布望远镜搭载的近红外光谱仪 NIRSpec-IFU，在距离主星系仅 3 千秒差距处、一个名为“赫柏”的小型伴天体上，探测到一条微弱的发射谱线。这条谱线与双电离氦的特征完全吻合，而产生该信号需要能量极高的辐射。加之光谱中未检测到任何重元素，研究团队提出，第三星族星是最合理的辐射来源，尽管此前人类从未直接观测到过这类古老恒星。进一步观测凭借 NIRSpec-IFU 的高分辨率观测能力，马约利诺团队现已证实这条氦信号真实存在，并将其解析为两个独立的组成部分。在另一项独立研究中，鲁斯塔团队在同一位置探测到氢发射谱线，为该天体的身份认定提供了第二个关键依据。两项研究均未在辐射信号中发现重元素存在的证据。随后，鲁斯塔团队通过理论建模，利用观测到的赫柏天体氦氢比例，推算出这些初代恒星的大致质量范围。分析结果显示，这些恒星的质量分布偏向大质量恒星，多数质量约为太阳的 10 至 100 倍，这与相关预测一致，即早期宇宙尚未被重元素富集时，诞生的初代恒星温度高、质量大。尽管天文学家仍需更多观测，才能深入了解这些古老恒星的演化历程，但这些相互印证的研究结果，已是目前证明其真实存在的最清晰证据之一。在此基础上，天文学家或将很快揭开更多塑造当今宇宙结构的起源奥秘。