韦伯望远镜或发现宇宙中第一批恒星

宇宙极早期的第三星族（Pop III）恒星艺术假想图。（NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/公有领域）

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）可能刚刚发现了宇宙中第一批恒星。如果真是这样，这将结束天体物理学中最重大的一项搜索任务。考虑到哈勃望远镜几十年来对这些恒星漫长而无果的探索，这是韦伯望远镜的一项卓越成就。

研究人员将最古老的恒星称为第三类星族（Population III，或Pop III）。因为有时天文学家出于某种原因将事物命名为相反的，Pop III是最老的恒星，Pop II居中，Pop I是最新生成的恒星。我们的太阳属于第一星族（Pop I）。

一个国际团队在一篇新论文中宣布，他们利用韦伯望远镜，找到了Pop III恒星的第一个证据。论文已于6月6日上传至预印本数据库 arXiv，目前尚未经同行评审。

这一发现有两个关键点。

其中之一是韦伯望远镜的威力。因为光速有限，所以你看得越远，就能看到越早的时间。韦伯望远镜能够看到很远很远。该团队用它观测一个明亮的、非常遥远的星系GN-z11，希望获得一个当宇宙只有约4亿岁时的强大而清晰的光谱。作为对比，今天的宇宙年龄约为137亿岁。

另一个是称为金属丰度（metallicity）的星体属性，即一颗恒星拥有比氢或氦重的物质多少（天体物理学中的金属指的是任何比氢和氦中的元素）。恒星的金属丰度决定了怎样将其归类。Pop I金属丰度最高，Pop III金属丰度最低。

总的来说，宇宙中的重元素是由恒星产生的，无论是通过其内层的核聚变反应，还是通过它变成超新星时瞬间爆发的高温。目前散落在宇宙中的Pop I恒星是由Pop II恒星爆炸时留下的碎片构成的。但是 Pop II恒星一定是从更古老的恒星开始的，因为它们的金属丰度低于Pop I，但比大爆炸之后的恒星要高。

因此，如果Pop II需要比大爆炸时所能提供的金属更多，那么它们一定是利用了Pop III恒星的残骸。 Pop III几乎完全由氢和氦构成，即金属丰度非常低。它们应该非常巨大，并且不会活很长时间（至少在恒星时间尺度上），然后以超新星爆发的形式走向死亡，而这些超新星爆发则为整个宇宙的其余部分生成了最初的金属元素。

所以，科学家们一直在寻找的远古恒星的迹象就是非常、非常古老和非常低的金属丰度。而在GN-z11星系中，科学家相信已经找到了长期寻找的这一特征。

研究人员观察了GN-z11星系外围的气体晕，认为Pop III恒星可能就是在那里形成的。在那个区域，他们发现了一条非常强的HeIIλ1640光谱线，当氦极热时，它会出现在光谱中。更重要的是它周围没有金属元素，显示附近没有更高金属丰度的恒星存在。在没有任何金属存在的情况下，有些东西使氦变得异常热，该团队认为终于找到了Pop III恒星。

新研究所做的观测极其令人兴奋，但现在适当地缓和这种兴奋很重要。首先，对于可能导致这条 HeIIλ1640光谱线的原因，存在其它可能的解释。比如GN-z11星系中心可能存在活跃的星系核，从而导致该光谱线。

此外，该观测需要更多进一步研究才能得到最终确认，这需要韦伯望远镜作进一步的观测。而韦伯的时间对众多的研究者来说太抢手了，因此不易获得，但该团队计划尽快认证其观察结果。而这一切仍有待同行评审。

不过新研究存在很大被认证的潜力，这意味着科学家真的可能已经在天体物理学领域最大目标之一的研究上取得了巨大成功。如果这最终被确认为是对最古老Pop III恒星的第一次真正探测，它将为科学探索开启一个全新的世界。