韦伯望远镜可能已经看到宇宙形成后的第一道亮光了!
最近预印本服务器arXiv.org发布了两篇论文,两个天文学家团队在韦伯望远镜发回的数据中,可能已经发现了传说中的第三星族星,这意味着我们已经看到宇宙的第一道光了吗?
宇宙从奇点中诞生后,一直在经历激烈动荡的过程,但这个过程我们是看不到的,只能通过高能物理实验和理论来推测。
直到宇宙诞生后37.9万年,温度下降到约3000K,电子开始和氢核、氦核结合形成原子,光子自由飞行,释放成为宇宙微波背景,这也是我们能够看到的最早的宇宙。
之后原子在引力作用下形成巨大的气体云,然后开始坍缩形成恒星,这些最早的恒星就是第三星族星,就像第一道光,照亮了宇宙的黎明。
最早的恒星体积可能异常巨大,质量是我们太阳的数百倍甚至上千倍,这让它们在极短的时间内就会耗尽燃料,数百万年后就会爆炸成为超新星,释放出内部核融合形成的碳氧等重元素,从而形成第二星族星。
简单总结一下,就是第三星族星几乎完全是由氢氦形成的(另有极为痕量的锂、铍),周围不可能有行星;第二星族星由氢氦及更重的一些元素形成,周围也不会有行星;要到第三代恒星,也就是第一星族星形成后,前两代恒星产生的重元素,才会在恒星周围形成行星,我们的太阳就是第一星族星。
为什么最先出现的是第三星族星,最后出现的反而是第一星族星呢?这其实是历史原因造成的,科学家们最先发现我们太阳这样的第一星族星,然后才发现,还有第二星族星,等推测还有更早的恒星时,就只好反过来命名为第三星族星了。
韦伯望远镜设计之初的使命之一,就是探测138亿年前宇宙大爆炸时的第一道亮光,为宇宙带来黎明的第三星族星。
这类恒星的特点就是没有金属,因此可以从追踪恒星的光谱来找到它们。科学家们认为,这些恒星的表面温度可达50000℃,因而会产生只有在这样的温度下才会出现的氦的特征。
第一个团队是剑桥大学罗伯托·马约利诺领导的团队,他们在一个名为GN-z11星系的外围发现了氦的迹象,认为这里可能存在一群第三星族星。这些恒星的质量至少是太阳的500倍,总质量达60万个太阳质量。
但这种现象也有另外一个解释,那就是一团星云正直接坍缩成数万倍太阳质量的黑洞,是超大质量黑洞的种子,这同样是只在理论上存在,但从未见过的东西。
第二个团队是意大利国家天体物理研究所埃罗斯·万泽拉领导的团队,他们利用一个名叫MACS J0416星系团的引力透镜,发现了一个非常遥远且非常小的星系中氢和少量氧的排放。他们认为这是宇宙大爆炸后约8亿年的两个极小的恒星团,总质量可能不到10,000个太阳质量,虽然这些恒星似乎并不仅仅由第三星族星组成,但重元素的含量非常少,比宇宙中看到的任何其他元素都要低。
当然,这两篇论文还不能完全表明,我们已经看到了宇宙黎明的第一道光,但可能已经很接近了。英国曼彻斯特大学的丽贝卡·鲍勒说,发现第三星族星将是一个重大的发现,将补齐我们对宇宙历史中缺失部分的理解。
那么,我们有没有可能发现单个的第三星族星呢?科学家们认为不太可能,但如果运气足够好的话,韦伯望远镜可能还是有可能的。