詹姆斯·韦伯上天四年多,最想抓的“通缉犯”至今没落网——宇宙第一批恒星。线索有,但比理论算的晚了整整几亿年。
但韦伯拍到了“不像话”的东西。再电离末期一些星系,紫外连续谱蓝得不正常,He II 1640发射线强得可疑。GN-z11红移10.6,宇宙年龄才四亿多年,那条线只能用极热、几乎不含金属的恒星解释。按韦伯发射前的模型,这类星暴应该更早出现、更早结束。观测比预测晚了数亿年。
要让Pop III活到那么晚,得同时避开两个陷阱。
陷阱一:先被紫外线“冻”住。早期宇宙原初气体云想靠引力塌缩,前提是能降温。降不下来,密度一高就升温,气体重新膨胀。唯一冷却剂是H₂。要推迟恒星形成,就得先把H₂干掉。莱曼-维尔纳辐射正好干这个:11.2到13.6电子伏特的软紫外光子,打断H₂化学键,拆回原子氢。原子氢要上万度才能有效冷却,对低密度气体云等于没冷却剂。气体云被“冻”在半路,塌不下去。LW辐射来自附近已形成的恒星和超新星。
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陷阱二:金属跑得比光慢。只要周围超新星把重元素喷进来,这团气体就不再原初,形成的是Pop II恒星。但有个时间差:LW辐射以光速传播,金属粒子跟着气体和尘埃走,慢得多。附近超新星发出的LW辐射,比它抛出的金属粒子早到好几亿年。这几亿年,就是干净气体云的“保质期”。辐射先到,把它按在原子冷却的节奏上;金属还在路上。等金属飘到,它已经塌完了,第一批恒星也烧完了。
中国在哪条线上?观测端,CSST中国空间站巡天望远镜,2米口径,视场约1.1平方度,比哈勃大两个数量级,计划2027年前后升空。它的重头戏之一就是引力透镜巡天。这类靠放大镜才看得见的高红移天体,最缺的就是一张可靠的强透镜系统清单。CSST的视场优势很直接。
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