為什麼連世界上最好的望遠鏡都看不到宇宙第一代恆星？

2020-08-10 超弦

哈勃是世界上最好的太空望遠鏡之一，可以說，哈勃目前所能看到是人類技術所能達到的一個瓶頸，當然，這個瓶頸在將來肯定會被打破。只不過在觸手可及的現在，哈勃所能達到的極限決定了我們看向宇宙的距離，只不過以哈勃望遠鏡的極限仍然看不到宇宙初代恆星，為什麼？

宇宙初代恆星

天文學家還不清楚宇宙中第一顆恆星是什麼時候形成的，因為它們還沒有被觀測到。現在，哈勃太空望遠鏡的新觀測表明，第一批恆星和星系的形成可能比先前估計的還要早。為什麼？我們仍然沒有看到它們，我們有最好的望遠鏡已經被推到了極限，這意味著恆星的出現比目前哈勃所能看到的還要早。

一組研究人員利用哈勃望遠鏡儘可能地回望宇宙時間和空間，希望研究這些早期宇宙的第一代恆星，它們被稱為第三類恆星，為什麼呢？別急，接著往下看。目前哈勃可以看到宇宙只有5億年的時候，這被認為是哈勃的極限，在這個時代，我們仍然沒有發現這些最早的恆星的證據。

為什麼叫第三類恆星呢？這些第一顆星不應該被稱為第一類恆星嗎？這其實和科學家的命名有關，天文學家把銀河系的恆星歸類為第一類（像太陽這樣富含較重元素的恆星）時，然後，用「第二類」這個名字對銀河系中重元素含量較低的較老恆星進行分類。

然後「第三類」恆星是由大約138億年前大爆炸產生的原始物質鍛造而成的。第三類恆星一定是完全由氫、氦和鋰組成的，在這些恆星的核心過程產生更重的元素之前，只有這些元素存在，如氧、氮、碳和鐵。

這張是哈勃太空望遠鏡拍攝的星系團MACS J0416，是哈勃前沿場計劃研究的六個星團之一，它產生了有史以來最深的引力透鏡圖像。科學家們利用團簇內部的光（藍色可見）來研究暗物質在團簇內的分布。

歐洲航天局的拉查娜·巴塔德卡爾領導了這項最新的研究，探索了大爆炸後5億到10億年的早期宇宙。他們利用哈勃太空望遠鏡，以及美國宇航局斯皮策太空望遠鏡和歐洲南部天文臺的地面甚大望遠鏡的支持數據，研究了星團MACSJ0416（和周圍的磁場。

這些觀測是哈勃前沿場計劃的一部分，該計劃從2012年到2017年觀測了6個遙遠的星系團，並對星系團及其後面的星系進行了有史以來最深入的觀測。這是通過使用引力透鏡效應實現的，在引力透鏡效應中，前景星系團的質量足夠大，足以彎曲和放大來自它們後面更遙遠物體的光。這使得哈勃能夠使用這些宇宙放大鏡來研究超出其名義操作能力的物體。這些觀測顯示，星系的亮度比以前觀測到的要弱10到100倍。

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不過前沿場的目標是比哈勃超深場更遠的地方，科學家希望對此獲得大量星系的圖像，因為它們存在於大爆炸後的最初幾億年。好消息是，巴塔德卡爾和她的團隊開發了一種新技術，可以從構成這些引力透鏡的明亮前景星系中移除光線。這使得他們能夠發現質量比以前用哈勃望遠鏡觀測到的要低的星系，其距離相當於宇宙不到10億年的時候。然而令人驚奇的是，在這個宇宙時間間隔內，我們仍然沒有發現這些第一代種群III恆星的證據。這些結果產生了深遠的天體物理後果，因為它們表明星系形成的時間肯定比我們想像的要早得多。

由於這些觀測處於哈勃望遠鏡的極限狀態，那麼即將到來的詹姆斯韋伯太空望遠鏡是否會打破這個極限呢？我們拭目以待。


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