詹姆斯·韦伯望远镜揭示宇宙初代恒星的神秘面纱

使用詹姆斯·韦伯望远镜的天文学家可能发现了宇宙中最早的一些恒星，这些恒星可能为银河系的形成提供了一些线索。科学家们利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）和阿尔伯特·爱因斯坦首次预测的现象，发现了被称为第三类恒星的早期恒星，这些恒星位于一个名为LAP1-B的遥远星团，距离地球大约130亿光年。他们在10月27日的《天体物理学杂志快报》中描述了研究结果。

第三类恒星，有时被称为暗星，被认为是大约138亿年前大爆炸后形成的第一批恒星。根据这一理论，氢和氦与暗物质结合，形成了质量是太阳一百万倍、亮度是我们太阳十亿倍的巨大恒星。

该团队怀疑JWST发现的恒星是第三类恒星的原因有好几个，研究的主要作者伊莱·维斯巴尔，俄亥俄州托莱多大学的副教授兼天体物理学家，在给《生活科学》的电子邮件中表示。

例如，恒星的光谱显示了它们吸收和发射的光的成分，发射线表明存在大量高能光子，这与第三类恒星的预测一致。光谱还表明这些恒星非常巨大——每颗恒星的质量大约是100个太阳质量——而它们的质量也符合一些理论计算。

“如果真的是第三类恒星，那将是首次发现这些原始恒星，”维斯巴尔在接受《生活科学》采访时说。

然而，JWST被怀疑之前曾观察到第三类恒星，研究小组在研究中指出。例如，2024年3月的同行评审研究表明，该望远镜在GN-z11星系中发现了一些星星，这些星星形成于宇宙诞生后仅430百万年。

然而，新研究认为，LAP1-B的探测是唯一符合第三类恒星三个理论条件的：它在一个低金属丰度（氢和氦）环境中形成，温度适合恒星形成；恒星在低质量星团中形成，只有少数非常大的恒星存在；而且该星团满足初始质量函数的数学条件，即在形成时恒星质量在一个群体中的分布情况。

维斯巴尔表示，JWST对于观测至关重要，因为它的6.5米（21英尺）镜子使其能够捕捉到在极远距离下的微弱物体。但让LAP1-B显现出来的则是一种称为引力透镜的现象，当一个非常巨大的物体，如星系，弯曲其周围的时空，而背景物体恰好处于恰当的位置时，就会发生这种现象。当来自遥远背景物体的光线穿过前景物体所创造的“扭曲”时，背景光会被扭曲成环状或弧形。这种现象有时被称为爱因斯坦环，因为它证实了爱因斯坦在一个多世纪前所提出的理论。

在这种情况下，当一个更近的星系团，称为MACS J0416，经过LAP1-B前方并“透镜”了LAP1-B的光时，LAP1-B变得可见。

维斯巴尔表示，JWST还允许观察来自恒星的发射谱线，这些谱线最初是在紫外波长中发射的，但由于宇宙的膨胀而被拉伸到红外波长。JWST是专门为红外观测而优化的，因此恒星得以被观察到。

除了发现恒星的独特之处，LAP1-B还帮助展示了星系是如何演化的，维斯巴尔说。因为预计第三类恒星（Population III stars）会在小的暗物质结构中形成，而这些结构也是较大星系的构建块，“它们让我们了解星系形成和演化的早期阶段——例如，金属是如何污染最初纯净的氢和氦的。”