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来自最古老恒星的涟漪

一项新研究揭示了宇宙红外背景(Cosmic Infrared Background)中关于早期第三代恒星(POP III stars)的线索,这对我们理解恒星演化至关重要。

作者:Mark Trodden
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一项对宇宙红外背景(Cosmic Infrared Background)的新研究声称发现了最古老一代恒星——所谓的第三代恒星(POP III stars)(比我们在天空中直接看到的第二代和第一代恒星还要古老)存在的证据。这项由Alexander Kashlinksky及其合作者进行的研究,刊载于本周的《自然》杂志上,同时也是一篇《自然》新闻报道的主题。此外,英国广播公司(BBC News)网站上也有相关报道。基于对宇宙中年轻恒星的观测以及对宇宙微波背景辐射(Cosmic Microwave Background radiation)测量的间接证据,科学家们长期以来一直怀疑存在一个早期恒星世代(在大爆炸后不到2亿年内诞生)。这些恒星对于将氢和氦聚变成一些较重的元素(天文学家称之为“金属”)至关重要,而这些元素在后来的恒星世代中可以看到。进一步支持这些天体存在的预期来自于对宇宙结构形成的大规模计算机模拟,这些模拟从宇宙暴胀(cosmic inflation)预测的初始条件出发,发现早期结构会导致高度聚集的、极其巨大的第三代恒星(POP III stars)。Kashlinksky及其合作者利用美国宇航局(NASA)的斯皮策空间望远镜(斯皮策项目也发布了关于此项研究的新闻稿),不仅声称发现了第三代恒星存在的证据,还指出他们的结果暗示了模拟预测的高质量和聚集特性。Kashlinksky在BBC网站上被引用为说:

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"看起来这些第一代恒星与我们今天看到的恒星截然不同。它们是巨大的热核熔炉;数量稀少,但燃烧得极其猛烈,因为它们质量巨大。"

搜寻这些早期恒星不像我们在夜空中看到的恒星那样。第三代恒星(POP III stars)会非常古老且暗淡,因此需要通过它们在宇宙红外背景(CIB)——充斥宇宙的红外辐射——留下的印记来推断其存在。难点在于,宇宙中几乎所有发光的天体都会对宇宙红外背景(CIB)做出贡献,从而掩盖和扭曲早期第三代恒星(POP III stars)的信号。清除这些“背景”以提取第三代恒星(POP III stars)的信号并非易事,事实上,Kashlinksky及其合作者花费了一年时间清理斯皮策望远镜的数据才得出他们的结果。考虑到宇宙红外背景(CIB)中存在如此多的噪声源,令一些天文学家感到惊讶的是,研究人员最终发现了如此之大且清晰的信号。来自加州理工学院(Caltech)的著名天文学家Richard Ellis在《自然新闻》文章中评论道:

"当人们以前寻找这些信号时,发现它们几乎在可探测的边缘,但这些数据看起来非常干净……我非常惊讶信号如此之强。"

在BBC的报道中,他补充道:

"……即使在去除这些前景信号时出现微小的失误,也可能导致错误的结果……允许对未观测到的星系进行分析涉及许多未经检验的假设,这可能代表了分析中的一个弱点。"

然而,所报告的信号类型确实与模拟预期的一致,这至少令人感到宽慰。这些争论应该通过未来的后续工作来解决。最终的裁决者应该是詹姆斯·韦伯空间望远镜(James Webb Space Telescope),它有望于2013年发射,并足够强大,能够识别出独立的第三代恒星(POP III stars),而不是它们在宇宙红外背景(CIB)上的印记。

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