为何连世界上最好的望远镜也看不到宇宙第一代恒星呢?

如题所述

哈勃是世界上最好的太空望远镜之一,可以说,哈勃目前所能看到是人类技术所能达到的一个瓶颈,当然,这个瓶颈在将来肯定会被打破。只不过在触手可及的现在,哈勃所能达到的极限决定了我们看向宇宙的距离,只不过以哈勃望远镜的极限仍然看不到宇宙初代恒星,为什么?


宇宙初代恒星

天文学家还不清楚宇宙中第一颗恒星是什么时候形成的,因为它们还没有被观测到。现在,哈勃太空望远镜的新观测表明,第一批恒星和星系的形成可能比先前估计的还要早。为什么?我们仍然没有看到它们,我们有最好的望远镜已经被推到了极限,这意味着恒星的出现比目前哈勃所能看到的还要早。

一组研究人员利用哈勃望远镜尽可能地回望宇宙时间和空间,希望研究这些早期宇宙的第一代恒星,它们被称为第三类恒星,为什么呢?别急,接着往下看。目前哈勃可以看到宇宙只有5亿年的时候,这被认为是哈勃的极限,在这个时代,我们仍然没有发现这些最早的恒星的证据。


为什么叫第三类恒星呢?这些第一颗星不应该被称为第一类恒星吗?这其实和科学家的命名有关,天文学家把银河系的恒星归类为第一类(像太阳这样富含较重元素的恒星)时,然后,用“第二类”这个名字对银河系中重元素含量较低的较老恒星进行分类。

然后“第三类”恒星是由大约138亿年前大爆炸产生的原始物质锻造而成的。第三类恒星一定是完全由氢、氦和锂组成的,在这些恒星的核心过程产生更重的元素之前,只有这些元素存在,如氧、氮、碳和铁。


这张是哈勃太空望远镜拍摄的星系团MACS J0416,是哈勃前沿场计划研究的六个星团之一,它产生了有史以来最深的引力透镜图像。科学家们利用团簇内部的光(蓝色可见)来研究暗物质在团簇内的分布。

欧洲航天局的拉查娜·巴塔德卡尔领导了这项最新的研究,探索了大爆炸后5亿到10亿年的早期宇宙。他们利用哈勃太空望远镜,以及美国宇航局斯皮策太空望远镜和欧洲南部天文台的地面甚大望远镜的支持数据,研究了星团MACSJ0416(和周围的磁场。


这些观测是哈勃前沿场计划的一部分,该计划从2012年到2017年观测了6个遥远的星系团,并对星系团及其后面的星系进行了有史以来最深入的观测。这是通过使用引力透镜效应实现的,在引力透镜效应中,前景星系团的质量足够大,足以弯曲和放大来自它们后面更遥远物体的光。这使得哈勃能够使用这些宇宙放大镜来研究超出其名义操作能力的物体。这些观测显示,星系的亮度比以前观测到的要弱10到100倍。



不过前沿场的目标是比哈勃超深场更远的地方,科学家希望对此获得大量星系的图像,因为它们存在于大爆炸后的最初几亿年。好消息是,巴塔德卡尔和她的团队开发了一种新技术,可以从构成这些引力透镜的明亮前景星系中移除光线。这使得他们能够发现质量比以前用哈勃望远镜观测到的要低的星系,其距离相当于宇宙不到10亿年的时候。然而令人惊奇的是,在这个宇宙时间间隔内,我们仍然没有发现这些第一代种群III恒星的证据。这些结果产生了深远的天体物理后果,因为它们表明星系形成的时间肯定比我们想象的要早得多。

由于这些观测处于哈勃望远镜的极限状态,那么即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜是否会打破这个极限呢?我们拭目以待。

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