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天文学家找到了传说中的第一代恒星
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时间:2015-06-19 14:48 来源:环球科学（huanqiukexue.com） 第一代恒星的原料是由大爆炸直接提供的，基本上只含有氢和氦两种元素，它们也被称为星族III恒星。天文学家估计，这类恒星质量非常巨大，而且寿命很短，会早早地结束自己的一生。 一个天文学家团队找到了目前为止最强有力的证据，证明自己发现了第一代恒星。第一代恒星的原料是由大爆炸直接提供的，基本上只含有氢和氦两种元素，它们也被称为星族III恒星。天文学家估计，这类恒星质量非常巨大，而且寿命很短，会早早地结束自己的一生。 直到最近，许多天文学家还一直认为他们永远无法观测到这种恒星，因为第一代恒星应该会在宇宙早期就燃尽自己的核燃料而死去，对于我们来说实在太遥远了。但是，利用世界上几个最强大的望远镜的新仪器，里斯本大学的天文学家发现了一个光度无以伦比的明亮星系，它看上去完全符合一个包含了星族III恒星的星系的特征。 哈佛大学天文系的系主任 Avi Loeb说：“证据相当有力，他们的研究很仔细。” 天体物理学家根据理论预言，早期宇宙中的气体云在大爆炸后维持了相对较高的温度，所以会抗拒引力的力量，难以坍缩成为恒星。如果气体云混进了少量较重的元素，会比较容易冷却，因为这些元素容易电离，可以帮助热量以辐射的形式散发出去。 但在宇宙早期，重元素还没有产生，所以恒星在核心的密度提高到足以点燃聚变反应之前，会生长到极为庞大的程度——相当于太阳的几百倍甚至上千倍。这些恒星的聚变一旦开始，就会以极为剧烈和快速的方式进行下去，发射出大量的紫外线，并在数百万年中把核燃料消耗殆尽。 就是这样的核反应制造出了现在的宇宙中很常见的重元素。恒星核心的聚变反应把较轻的原子融合成较重的原子，碳、氧、铁和制造尘埃云、行星和生命所需的其他元素都是这样产生的。 当恒星生命终结并爆发时，就会把这些较重的元素散布到周围。所以现在宇宙中的气体都点缀着重元素，使得它们可以迅速地冷却。这导致的结果就是，后来形成的恒星一般会更小一些，光度也会弱一些，寿命也比它们远古的前辈更长。 科学家认为星族III恒星可能居住在既小又暗淡的原初星系中，这类星系天文学家永远也发现不了。但是里斯本大学的David Sobral领导的团队利用位于夏威夷莫纳克山的8.2米昴星团（Subaru）望远镜进行了一次巡天观测，寻找出现于大爆炸8亿年后（宇宙的年龄仅有现在的6%），在紫外波段非常明亮的星系。 他们发现的候选者数量多得出乎意料。为了排除其他会发出紫外线的天体，他们利用位于智利的甚大望远镜（VLT）、莫纳克山的凯克望远镜还有哈勃空间望远镜对两个可能性最大的源进行了后续观测。 这两个源中最有趣的一个，标记为CR7的星系，被证明是在早期宇宙中发现的最明亮的星系，光度相当于之前的纪录保持者的3倍。除了电离氢在紫外波段发出的强烈辐射之外，这个星系的辐射中也有很强的氦信号——这是一个包含星族III恒星的星系理应具备的特征。 但它的光谱中没有任何其他元素存在的迹象，这表明星系中的恒星缺乏重元素。“没有其他谱线的痕迹，只有氦和氢，”Sobral说。利用哈勃望远镜进一步观测CR7，他们辨认出星系中有三个具备不同辐射特征的区域：其中一个的特点很像是星族III恒星，而其他两个区域包含着温度较低，比较普通的恒星。关于这个发现的论文将会发表在即将出版的《天体物理学报》（Astrophysics journal）上。 Sobral说，这一发现表明恒星形成的波动在星系中传播，一个区域中恒星形成然后迅速燃尽，之后星族III恒星开始在其他区域诞生并继续这个过程。这样的波动出现在宇宙演化的这个阶段，“正是你预计会出现的现象，”Loeb说。 “有关第一代恒星和星系的研究，直到最近还一直主要局限在理论上，”Loeb说，“看到可以证明这些天体真的存在的证据让人高兴。”不过，奥斯陆大学的Mark Dijkstra 指出，CR7的一些特点还无法解释，例如为什么这样一个巨大的星族III星系在大爆炸之后这么久还依然存在。“即使CR7根本不含有星族III恒星，它至少也会帮我们深入了解早期宇宙的星系（可能还有黑洞）的形成规律。” 不过，Sobral称，他们的巡天观测已经找到了一些“甚至更为惊人”的候选者，“这仅仅是开始。”（撰文： Daniel Clery 翻译：韩晶晶） 原文链接：http://news.sciencemag.org/space ... stars-made-big-bang  图片来源：欧洲南方天文台 |
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