@ 2012.12.12 , 19:39

麻省理工学院科学家发现宇宙中最初的恒星

第一颗恒星的诞生是宇宙漫长历史中的一个重大时刻,麻省理工学院副教授 Robert Simcoe 这样描述。“恒星的诞生使宇宙从诞生之初满是气体和暗物质的混沌,迈入了我们现在看到的这般点缀着恒星和星系……它意味着宇宙开始聚合成我们今天看到的这个样子。恒星诞生时间之久远令人惊奇,而且这一过程并没有耗费很久的时间。”

来自麻省理工学院、加州理工学院以及加州大学圣迭戈分校的学者们将视野伸向了时间诞生之初,即恒星及星系诞生之初的纪元,确定了不存在重元素踪迹的时间。为了确定这个时间点,研究团队分析了已知最遥远的的类星体的光谱,这个类星体就如宇宙的核心一般,距离地球130亿光年之遥。

对类星体的观测为人类展现了宇宙初生时期的样子——大约在大爆炸发生7亿5千万年之后。对类星体光谱分析证实了类星体周围的气体星云中不存在重元素——证明了类星体的存在距恒星产生的时期很相近。

“恒星最初会形成于宇宙中的不同地区……而不像是在同一时期突然出现。”麻省理工学院物理系副教授 Rober Simcoe 说到,“但这正是令人觉得有趣的时候。” Simcoe 及其同事已经将研究成果发表在《自然》杂志上。

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基于一些理论模型,科学家普遍认为宇宙早期的发展遵循以下顺序:大约140亿年前,发生了一场巨大的爆炸——又称为“宇宙大爆炸”,大爆炸将巨量的物质及能量抛撒开来,创造了迅速膨胀的宇宙。在大爆炸后的数分钟内,质子和中子在聚变反应中互相碰撞,生成氢和氦。最终,宇宙的温度下降到聚变反应停止,也就不再产生基本元素,所以氢元素就是组成宇宙的最主要元素。而重元素(例如碳和氧)则直至第一颗恒星形成时才出现。

天文学家一直致力于分析遥远星系的光谱以分析第一颗恒星诞生于何时。宇宙中距离我们越遥远的事物,其年龄越久远。在这之前,人类最远只观测到距今110亿年前的物体。这些物体皆含有重元素,说明恒星在这宇宙的这一时期已经很多,至少已经有存在。

“天体物理学在这儿碰壁了,” Simcoe 表示,他同是也是麻省理工 Kavli 天体物理学与空间探索中心的学者。“但是这个类星体的发现,使得我们可以在观测的时间上大幅向前追溯,使得我们的测量在时间上更加古老。”

本文中发现于去年8月的类星体是迄今为止发现的最遥远的类星体。为了研究如此遥远的物体,Simcoe 及其同事搭建了一架红外光谱仪,并将其搭载在位于智利的巨型地基望远镜“麦哲伦望远镜”上。

今年一月,研究团队在新发现的类星体上试验了望远镜,从光谱中收集了相关数据。光谱仪将接收到的光线划分到不同的波长范围之中,研究者将结果制成了图表。接着 Simcoe 就从中寻找蛛丝马迹,将不同元素发射出的光波对应起来。“每种化学元素都有指纹,根据其吸收的光谱成分,就能辨别出物体的元素组成。” Simcoe 指出。

Simcoe 的研究团队鉴定了类星体的“固有光谱”——由物体本身释放的光谱——并和与已有数据进行比对,以期找出重元素的踪迹。他们发现了氢元素,但却没能从光谱中发现氧、硅、铁或是镁。但是要完全确定重元素不存在则是一项艰巨的任务。Simcoe 感叹道:“要确定某样东西的缺失总是很困难的。”

研究者考虑了各种可以解释他们观测到的光谱的情况,包括新生的星系或是其他挡在类星体之前的物质。他们的努力最终确定了大爆炸之后7亿5千万年的类星体光谱显示出其不含有重元素。

进一步,Simcoe 希望分析其他处于同一时期的类星体,进一步确认这一时期的宇宙不含重元素。“如果我们能在这个纪元中发现我们的目标,就可以着手进行分析,” Simcoe 说,“在科学探索的边缘地带总会有惊喜。”——援引自《自然》杂志。

本文中的照片来自于哈勃超深空场望远镜,它包含了超过5500个星系——数十亿恒星组成的岛屿。由哈勃望远镜从2003年9月24日至2004年1月16日之间观测到的数据可以发现,天炉座星系的一小片区域可以追溯到130亿年前(大爆炸后约4亿至8亿年)。本文译自 dailygalaxy,由译者 老人爱怡 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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