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新手已上路木蟲 (職業(yè)作家)
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天文學(xué)家找到了傳說中的第一代恒星
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時(shí)間:2015-06-19 14:48 來源:環(huán)球科學(xué)（huanqiukexue.com） 第一代恒星的原料是由大爆炸直接提供的，基本上只含有氫和氦兩種元素，它們也被稱為星族III恒星。天文學(xué)家估計(jì)，這類恒星質(zhì)量非常巨大，而且壽命很短，會(huì)早早地結(jié)束自己的一生。 一個(gè)天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)找到了目前為止最強(qiáng)有力的證據(jù)，證明自己發(fā)現(xiàn)了第一代恒星。第一代恒星的原料是由大爆炸直接提供的，基本上只含有氫和氦兩種元素，它們也被稱為星族III恒星。天文學(xué)家估計(jì)，這類恒星質(zhì)量非常巨大，而且壽命很短，會(huì)早早地結(jié)束自己的一生。 直到最近，許多天文學(xué)家還一直認(rèn)為他們永遠(yuǎn)無法觀測(cè)到這種恒星，因?yàn)榈谝淮阈菓?yīng)該會(huì)在宇宙早期就燃盡自己的核燃料而死去，對(duì)于我們來說實(shí)在太遙遠(yuǎn)了。但是，利用世界上幾個(gè)最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡的新儀器，里斯本大學(xué)的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)光度無以倫比的明亮星系，它看上去完全符合一個(gè)包含了星族III恒星的星系的特征。 哈佛大學(xué)天文系的系主任 Avi Loeb說：“證據(jù)相當(dāng)有力，他們的研究很仔細(xì)�！� 天體物理學(xué)家根據(jù)理論預(yù)言，早期宇宙中的氣體云在大爆炸后維持了相對(duì)較高的溫度，所以會(huì)抗拒引力的力量，難以坍縮成為恒星。如果氣體云混進(jìn)了少量較重的元素，會(huì)比較容易冷卻，因?yàn)檫@些元素容易電離，可以幫助熱量以輻射的形式散發(fā)出去。 但在宇宙早期，重元素還沒有產(chǎn)生，所以恒星在核心的密度提高到足以點(diǎn)燃聚變反應(yīng)之前，會(huì)生長(zhǎng)到極為龐大的程度——相當(dāng)于太陽(yáng)的幾百倍甚至上千倍。這些恒星的聚變一旦開始，就會(huì)以極為劇烈和快速的方式進(jìn)行下去，發(fā)射出大量的紫外線，并在數(shù)百萬年中把核燃料消耗殆盡。 就是這樣的核反應(yīng)制造出了現(xiàn)在的宇宙中很常見的重元素。恒星核心的聚變反應(yīng)把較輕的原子融合成較重的原子，碳、氧、鐵和制造塵埃云、行星和生命所需的其他元素都是這樣產(chǎn)生的。 當(dāng)恒星生命終結(jié)并爆發(fā)時(shí)，就會(huì)把這些較重的元素散布到周圍。所以現(xiàn)在宇宙中的氣體都點(diǎn)綴著重元素，使得它們可以迅速地冷卻。這導(dǎo)致的結(jié)果就是，后來形成的恒星一般會(huì)更小一些，光度也會(huì)弱一些，壽命也比它們遠(yuǎn)古的前輩更長(zhǎng)。 科學(xué)家認(rèn)為星族III恒星可能居住在既小又暗淡的原初星系中，這類星系天文學(xué)家永遠(yuǎn)也發(fā)現(xiàn)不了。但是里斯本大學(xué)的David Sobral領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)利用位于夏威夷莫納克山的8.2米昴星團(tuán)（Subaru）望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了一次巡天觀測(cè)，尋找出現(xiàn)于大爆炸8億年后（宇宙的年齡僅有現(xiàn)在的6%），在紫外波段非常明亮的星系。 他們發(fā)現(xiàn)的候選者數(shù)量多得出乎意料。為了排除其他會(huì)發(fā)出紫外線的天體，他們利用位于智利的甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）、莫納克山的凱克望遠(yuǎn)鏡還有哈勃空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)兩個(gè)可能性最大的源進(jìn)行了后續(xù)觀測(cè)。 這兩個(gè)源中最有趣的一個(gè)，標(biāo)記為CR7的星系，被證明是在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)的最明亮的星系，光度相當(dāng)于之前的紀(jì)錄保持者的3倍。除了電離氫在紫外波段發(fā)出的強(qiáng)烈輻射之外，這個(gè)星系的輻射中也有很強(qiáng)的氦信號(hào)——這是一個(gè)包含星族III恒星的星系理應(yīng)具備的特征。 但它的光譜中沒有任何其他元素存在的跡象，這表明星系中的恒星缺乏重元素�！皼]有其他譜線的痕跡，只有氦和氫，”Sobral說。利用哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)一步觀測(cè)CR7，他們辨認(rèn)出星系中有三個(gè)具備不同輻射特征的區(qū)域：其中一個(gè)的特點(diǎn)很像是星族III恒星，而其他兩個(gè)區(qū)域包含著溫度較低，比較普通的恒星。關(guān)于這個(gè)發(fā)現(xiàn)的論文將會(huì)發(fā)表在即將出版的《天體物理學(xué)報(bào)》（Astrophysics journal）上。 Sobral說，這一發(fā)現(xiàn)表明恒星形成的波動(dòng)在星系中傳播，一個(gè)區(qū)域中恒星形成然后迅速燃盡，之后星族III恒星開始在其他區(qū)域誕生并繼續(xù)這個(gè)過程。這樣的波動(dòng)出現(xiàn)在宇宙演化的這個(gè)階段，“正是你預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象，”Loeb說。 “有關(guān)第一代恒星和星系的研究，直到最近還一直主要局限在理論上，”Loeb說，“看到可以證明這些天體真的存在的證據(jù)讓人高興�！辈贿^，奧斯陸大學(xué)的Mark Dijkstra 指出，CR7的一些特點(diǎn)還無法解釋，例如為什么這樣一個(gè)巨大的星族III星系在大爆炸之后這么久還依然存在�！凹词笴R7根本不含有星族III恒星，它至少也會(huì)幫我們深入了解早期宇宙的星系（可能還有黑洞）的形成規(guī)律。” 不過，Sobral稱，他們的巡天觀測(cè)已經(jīng)找到了一些“甚至更為驚人”的候選者，“這僅僅是開始�！保ㄗ模� Daniel Clery 翻譯：韓晶晶） 原文鏈接：http://news.sciencemag.org/space ... stars-made-big-bang 圖片來源：歐洲南方天文臺(tái) |
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