天文學家觀察到宇宙第一代恆星發出的古老光線

csa2

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由曾經存在過的所有恆星發出的紫外線和可見光仍舊穿行在宇宙中。天文學家稱這些恆星的餘輝為“河外背景光”（EBL）。[保存到相冊]

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伽馬射線和河外背景光的相互作用能夠提供天文學家探測宇宙中恆星的方法。[保存到相冊]

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這幅圖顯示了此次研究所利用到的150顆耀變體（綠色點）[保存到相冊]

　　【搜狐科學消息】據國外媒體報導，天文學家捕捉到了來自宇宙初期第一代恆星發出的光線，這些光線和宇宙本身一樣古老。
　　在137億年前“宇宙大爆炸”（the Big Bang）後不久，宇宙就冷卻到了足以允許原子形成的溫度，隨後原子聚積在一起產生了第一代恆星。自從這些恆星被點燃之後，它們發出的光線就開始填充宇宙，產生了遍布宇宙的光輝。隨後每一代的恆星都會為宇宙的光明添磚獻瓦。
　　現在，天文學家已經探測到了這些“河外背景光”餘輝，並且與後來恆星發出的光線區分開來。主導此次研究的美國國家加速器實驗室天體物理學家馬可•愛杰羅（Marco Ajello）說：“'河外背景光'是宇宙中所有的恆星以及所有的黑洞共同產生的，當然也包括由第一代大質量恆星所發出的光線。我們已經具備很好的關於正常態恆星發出的光線的知識，因此通過對'河外背景光'的測量我們能夠得到第一代恆星發出的光線。 ”
　　愛杰羅和他的小組並沒有直接對“河外背景光”進行測量，而是通過對美國宇航局的“費米伽馬射線太空望遠鏡”對遙遠黑洞測量的結果進行分析得到的。費米望遠鏡對來自一種叫做“耀變體”的天體的光線進行了觀測研究。這類天體能夠通過居於中央的巨大黑洞吞噬大量物質而發出大量光線。”
　　愛杰羅說：“我們利用耀變體作為宇宙的燈塔，它會由於“河外背景光”光霧的影響而變暗淡。這樣就允許我們定量有多少“河外背景光”存在於耀變體和我們之間。由於耀變體遍布整個宇宙，因此我們能夠測量不同時期的“河外背景光”。
　　這次研究探測到了處於嬰儿期（6億歲）宇宙中的恆星發出的光線。宇宙中的第一代恆星與當今的恆星有很大的不同。通常來講，它們的質量更大，是太陽質量的好幾百倍。它們燃燒的更加熾熱和明亮，與當今的恆星相比壽命更加短暫。
　　這次新的測量能夠幫助天文學家回答關於宇宙中第一代恆星一些最基本的問題，例如它們在宇宙誕生多久之後開始形成的以及它們形成的速率。天文學家已經發現，第一代恆星誕生的峰值速率比之前認為的要低。
　　最終，科學家想通過進一步對這些參數的確定來瞥見這些古老恆星本身。隨著未來技術的進步，例如美國宇航局哈勃望遠鏡的繼任者詹姆斯•韋伯太空望遠鏡將會進一步來做這項觀測工作（預計2018年投入使用）。
　　愛杰羅說：“探測第一代恆星非常重要，但目前來講還是不可能的。未來幾年，韋伯太空望遠鏡或許能夠看到第一代星系，但還不是第一代恆星。通過這種間接的方法，我們已經能夠對早期宇宙第一代恆星的數量和所起的作用有了很好的理解。”這項新發現發表在了11月2日著名的《科學》雜誌上。

rooneyhk123

回復 csa2 #1 的帖子

帖文資料詳盡，大開眼界。

jack2000

科學家的成就真是功不可抹，探索未來！

tigerb

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這次研究探測到了處於嬰儿期（6億歲）宇宙中的恆星發出的光線。宇宙中的第一代恆星與當今的恆星有很大的不同。通常來講，它們的質量更大，是太陽質量的好幾百倍。它們燃燒的更加熾熱和明亮，與當今的恆星相比壽命更加短暫。

模擬的大霹靂之後4億年的第一代恆星。

為什麽第一代恆星與當今的恆星相比壽命更加短暫呢

  

今天，能形成的質量最大恆星是150倍太陽質量；質量更大的原恆星在最初的核反應開始之際將噴發出部分的質量。在沒有足夠的碳、氧或氮的恆星核心，不管怎樣CNO循環都無法進行，且直接進行質子-質子鏈反應的核融合反應速率不足以產生足夠的能量支撐如此大的龐然巨物。因此恆星將因無法對抗引力坍縮而很快的自我毀滅，最終結果是未經過發光的過程就直接塌縮成為黑洞。這也是天文學家認為第三族星特別奧秘的原因 － 所有的理由都認為它們應該存在，但卻必須經由類星體的觀測才能解釋。


球狀星團M80，在球狀星團中的恆星主要是貧金屬的第二星族。

因此恆星將因無法對抗引力坍縮而很快的自我毀滅，最終結果是未經過發光的過程就直接塌縮成為黑洞。

  

上述的看法應該是沒有繼續考慮下去的結果。由於p-p鏈反應的速度太慢，不足以對抗引力收縮，第一代恆星的核心將繼續收縮並最終觸發3氦過程。3氦過程在1億K的高溫下才能穩定進行，雖然存在第一步反應很不穩定的弊端（質量數為8的8Be核極不穩定，2.6×10-16秒就再分裂回4He），但在足夠的密度下，整體的兩步反應還是能夠進行的併產生穩定的12C核。由於3氦過程的反應速度和產能正比於溫度的30次方、密度的立方，遠遠強於p-p反應僅為溫度的4次方和密度的1次方，它能夠頂住引力收縮。接着12C核逐步累積並最終有足夠的丰度維持C-N-O循環。從此，第一代恆星就開始其短暫的主序星階段——穩定的發光數十萬年。


NASA的史匹哲望遠鏡拍到的可能是第三族星的輝光
創建者: NASA / JPL-CALTECH / A. KASHLINSKY (GSFC)。

如果這些恆星能夠適當的形成，它們的壽命也很短 － 必定短於一百萬年。由於現在這種恆星已經不再形成，要觀察這種恆星就必須在極端遙遠的可見宇宙的邊界搜尋，(因為來自極端遙遠的星光需要很長的時間才能抵達地球，觀察遙遠的天體就有如在"回溯時光"。) 而在如此遙遠的距離上要解析出恆星，即使對詹姆斯·韋伯望遠鏡也是件艱鉅的任務。

註:第三星族星或是無金屬星是假設中的星族，是在早期宇宙中應該形成的極端重和熱，並且不含金屬的恆星。它們未曾被直接觀測到，但是經由宇宙中非常遙遠的重力透鏡星系找到間接的證據。它們也被認為是暗弱藍星系的成員。它們的存在是基於大霹靂不可能創造重元素，而在觀測到的類星體發射光譜，特別是暗弱藍星系中重元素又確實存在的事實。它也被認為是這些恆星觸發了再游離週期。
目前的理論並沒有區分出第一顆恆星是否非常巨大。一種經由計算機模擬證實的恆星形成理論，大霹靂沒有產生任何的重元素，但很容易產生質量遠比現存的恆星更大的恆星。第三星族星的典型質量是數百個太陽質量，遠大於現存的恆星。 分析貧金屬量的第二星族星，被認為包含了第三星族星創造的金屬，建議這些沒有金屬的恆星質量在10至100倍的太陽質量；這也足以解釋為何未能觀察到不含金屬的恆星。但這些理論的驗證則要等到NASA的詹姆斯·韋伯望遠鏡發射之後。新的光譜儀巡天，像是SEGUE或SDSS-II，也可能找到第三族星。

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