中國教育在線
近(jin)日，中(zhong)國科學院大學天文與(yu)空(kong)間科學學院副教授王鑫團隊(dui)基于(yu)詹(zhan)姆斯韋伯空(kong)間望遠鏡(JWST)近(jin)紅(hong)外光譜(pu)儀采(cai)集(ji)的(de)(de)數據(ju)，針對一個132億年前的(de)(de)高紅(hong)移(yi)(z=8.16)星(xing)系的(de)(de)星(xing)族與(yu)星(xing)際介質的(de)(de)物理性質進行了精(jing)確刻(ke)畫(hua)，發現其中(zhong)有可(ke)能存在(zai)第一代恒星(xing)(Population III stars)。該工作(zuo)以快報形式(shi)發表于(yu)The Astrophysical Journal Letters，被美國天文學會Nova科技(ji)媒體專題報道。
第一(yi)代恒(heng)星(xing)主(zhu)導(dao)了宇宙中首批金屬元素的產生，并對(dui)宇宙再電離過程——這一(yi)整(zheng)個宇宙作為整(zheng)體進行(xing)的最(zui)后一(yi)次相變——提供了主(zhu)要的能量來源。
與現在的(de)宇(yu)宙狀態截(jie)然不(bu)同，再電離時(shi)(shi)期的(de)宇(yu)宙由于星系(xi)(xi)際介質充斥著中(zhong)性氫(qing)原子氣(qi)體，吸收了所有紫外光子，使(shi)宇(yu)宙變得不(bu)透(tou)明(ming)。當第一(yi)(yi)代恒星閃(shan)閃(shan)發(fa)光并聚集成第一(yi)(yi)代星系(xi)(xi)時(shi)(shi)，它們(men)開始侵(qin)蝕不(bu)透(tou)明(ming)的(de)宇(yu)宙，切割出(chu)越來越大的(de)電離氣(qi)體氣(qi)泡，逐漸使(shi)整個宇(yu)宙透(tou)明(ming)起來。
天文學家對第(di)一(yi)代恒星(xing)(xing)(又稱星(xing)(xing)族(zu)(zu)三(san)恒星(xing)(xing))的(de)性質非常感興趣，但要(yao)找到它們卻談何容易。僅由星(xing)(xing)族(zu)(zu)三(san)恒星(xing)(xing)組成的(de)星(xing)(xing)系(xi)可能會(hui)被中(zhong)性氣(qi)體云包裹并(bing)遮擋，從(cong)而(er)無(wu)法被發(fa)現，而(er)星(xing)(xing)族(zu)(zu)三(san)恒星(xing)(xing)與后代恒星(xing)(xing)族(zu)(zu)群混(hun)合在一(yi)起的(de)星(xing)(xing)系(xi)可能更容易被發(fa)現。
JWST拍攝的星(xing)(xing)系RX J2129-z8He II的圖像。該星(xing)(xing)系受到前景星(xing)(xing)系團RX J2129的引(yin)力透鏡放大作用
最近(jin)，由(you)王(wang)鑫領導的(de)(de)研究小組可能發現了這樣一(yi)個(ge)星系(xi)(xi)。利用(yong)JWST的(de)(de)圖像，王(wang)鑫及其(qi)合作者發現了被(bei)命(ming)名為(wei)RX J2129-z8He II的(de)(de)星系(xi)(xi)，即使在(zai)全世界最強(qiang)大的(de)(de)JWST紅(hong)外(wai)望(wang)遠鏡眼中，它也(ye)只是一(yi)個(ge)幾乎無(wu)法辨認(ren)的(de)(de)紅(hong)色斑點(dian)。JWST對這個(ge)星系(xi)(xi)的(de)(de)光譜顯示，它的(de)(de)紅(hong)移為(wei)z=8.1623，距離(li)宇宙大爆炸只有6.13億年(nian)。RX J2129-z8He II的(de)(de)紫外(wai)光譜斜率(lv)非常陡峭，比任何其(qi)他已(yi)被(bei)證認(ren)的(de)(de)紅(hong)移大于7的(de)(de)星系(xi)(xi)都要藍，而且有幾條突出的(de)(de)發射(she)線(xian)，包括一(yi)條來(lai)自兩次電離(li)氦原子的(de)(de)復合發射(she)線(xian)He II 1640。
這些因(yin)素(su)表明，該星系(xi)含有一個強大的(de)(de)紫外輻射(she)源。在仔細排查了(le)所有可能(neng)的(de)(de)產(chan)生(sheng)如此明亮(liang)的(de)(de)He II 1640發射(she)線以及(ji)帶(dai)來如此極端的(de)(de)發射(she)線流量比的(de)(de)原因(yin)后，王鑫研(yan)究小組認為(wei)，大質(zhi)量星族三恒星最有可能(neng)是這些電離紫外線光子(zi)的(de)(de)來源。
RX J2129-z8He II的JWST光譜。插(cha)圖顯示He II 1640譜線(xian)
為了(le)驗證(zheng)這(zhe)一理論，王鑫研(yan)究小組使用精細的光(guang)致(zhi)電離模型模擬(ni)了(le)這(zhe)個(ge)星(xing)系的特性(xing)，得到的結論支持了(le)該星(xing)系包含星(xing)族三恒星(xing)和(he)后(hou)代(dai)恒星(xing)。他(ta)們發現(xian)，總質量為78萬太陽質量的星(xing)族三恒星(xing)的集合可以(yi)再現(xian)星(xing)系光(guang)譜中(zhong)的觀(guan)測發射(she)線。
至于這(zhe)個(ge)星(xing)(xing)系是如何容星(xing)(xing)族三(san)恒(heng)星(xing)(xing)和后代(dai)恒(heng)星(xing)(xing)族群的(de)(de)，王鑫研究小組認(ren)為，原初氣(qi)體或(huo)極低金屬豐(feng)度氣(qi)體被(bei)星(xing)(xing)系主體吸積，在(zai)吸積掉(diao)落的(de)(de)過(guo)程(cheng)中坍縮形成了星(xing)(xing)族三(san)恒(heng)星(xing)(xing)。這(zhe)與近期發表的(de)(de)宇宙學(xue)數值模(mo)擬所展示的(de)(de)星(xing)(xing)族三(san)恒(heng)星(xing)(xing)的(de)(de)一種可(ke)行的(de)(de)形成機制不(bu)謀而合。
這(zhe)項研究標(biao)志著(zhu)在尋找第(di)一代(dai)恒星方(fang)面取(qu)得了(le)可(ke)喜進展。除了(le)確(que)(que)定RX J2129-z8He II可(ke)能是第(di)一代(dai)恒星的(de)家園之外，王鑫研究小組(zu)還對(dui)這(zhe)些恒星的(de)光譜特征(zheng)有了(le)更好(hao)的(de)了(le)解，這(zhe)可(ke)以用來(lai)確(que)(que)定可(ke)能孕育它(ta)們的(de)其他(ta)星系。
此工(gong)作受到國家自然科(ke)學基(ji)金委面上項(xiang)目(mu)(編號12373009)、中國科(ke)學院穩(wen)定支持基(ji)礎研究領(ling)域青年團(tuan)隊項(xiang)目(mu)(YSBR-062)、高(gao)水平科(ke)技人(ren)才培育與穩(wen)定支持專項(xiang)、小米青年學者和中國載人(ren)航天工(gong)程科(ke)研項(xiang)目(mu)的資助。
王鑫
① 凡本站(zhan)(zhan)注明(ming)(ming)“稿(gao)件(jian)來源：中國教育在(zai)線(xian)(xian)”的所(suo)有文字、圖片和音視頻稿(gao)件(jian)，版權均屬本網(wang)所(suo)有，任何(he)媒體、網(wang)站(zhan)(zhan)或(huo)個人未經本網(wang)協(xie)議(yi)(yi)授權不得轉載(zai)、鏈接、轉貼(tie)或(huo)以其他方式復制發表。已經本站(zhan)(zhan)協(xie)議(yi)(yi)授權的媒體、網(wang)站(zhan)(zhan)，在(zai)下(xia)載(zai)使用時必須注明(ming)(ming)“稿(gao)件(jian)來源：中國教育在(zai)線(xian)(xian)”，違者(zhe)本站(zhan)(zhan)將依(yi)法追究責任。
② 本站注明(ming)稿(gao)(gao)(gao)件來源為其(qi)他媒體(ti)的文(wen)/圖等(deng)稿(gao)(gao)(gao)件均為轉載稿(gao)(gao)(gao)，本站轉載出(chu)于非商業性的教育(yu)和科研之目(mu)的，并不意(yi)味(wei)著贊同(tong)其(qi)觀點或(huo)證實(shi)其(qi)內容(rong)的真實(shi)性。如轉載稿(gao)(gao)(gao)涉及版權(quan)等(deng)問題，請作(zuo)者在兩周內速(su)來電或(huo)來函(han)聯(lian)系。