“哈勃”發(fā)現(xiàn)有史以來最遠(yuǎn)的恒星

蘇小慈

在跨越宇宙一半以上距離的地方，有一顆綽號(hào)為伊卡洛斯的藍(lán)色巨星，它是有史以來“哈勃”見過的最遠(yuǎn)的恒星。通常情況下，即使使用世界上功能最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡也無法看到。但是，因?yàn)榍熬靶窍祱F(tuán)的引力透鏡效應(yīng)大幅放大了該恒星的微弱光芒，使用美國航空航天局哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的天文學(xué)家找到了這顆遙遠(yuǎn)的恒星，并設(shè)定了新的距離記錄。

這個(gè)團(tuán)隊(duì)的成員里有西班牙坎塔布里亞研究所的何塞·迭戈和南卡羅來納大學(xué)的史蒂文·羅德尼，他們把這顆星稱為“伊卡洛斯”。伊卡洛斯是希臘神話中的角色，他的翅膀由羽毛和蠟構(gòu)成，因?yàn)轱w離太陽過近而翅膀融化，結(jié)果掉了下來。與伊卡洛斯很像的是，從地球上看，這顆背景星只有短暫的一瞬：放大時(shí)，它瞬間猛增至其真正亮度的2000倍。

該團(tuán)隊(duì)一直在利用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡觀測遠(yuǎn)處旋渦星系中的超新星。2016年，他們發(fā)現(xiàn)了距離放大的超新星不遠(yuǎn)處的新光點(diǎn)。從新光源的位置來看，他們推測它應(yīng)該比超新星放大的倍數(shù)更高。

當(dāng)他們分析來自這個(gè)物體的光的顏色時(shí)，發(fā)現(xiàn)它是一顆藍(lán)色超巨星。這種類型的恒星比太陽大、重、熱，并且其本身可能就比太陽明亮幾十萬倍。

伊卡洛斯的官名是MACS J1149+2223透鏡星1，是有史以來最遠(yuǎn)的一顆單恒星，只有被距離地球約50億光年的大質(zhì)量星系團(tuán)的重力放大之后才能看見。這個(gè)被稱為MACS J1149+2223的星系團(tuán)位于圖像左邊。右側(cè)圖像顯示的是2011年的同一天區(qū)，看不到伊卡洛斯。但是在這個(gè)距離，即使對(duì)“哈勃”來說，如果沒有引力透鏡的放大效應(yīng)，仍然是看不到的。

模型表明，當(dāng)恒星在伊卡洛斯前方移動(dòng)時(shí)，巨大的增亮可能來自前景星系團(tuán)中一顆與太陽質(zhì)量相似的恒星的作用。由于前景星系團(tuán)的質(zhì)量，恒星的光通常會(huì)放大約600倍。

凱利及其團(tuán)隊(duì)怎么知道伊卡洛斯不是另一個(gè)超新星？凱利說：“來源不會(huì)越來越熱，它沒有爆炸，只是光線被放大而已。而這正是你想從引力透鏡里看到的?！?/p>

伊卡洛斯位于一個(gè)非常遙遠(yuǎn)的旋渦星系中。它距離我們太遠(yuǎn)，發(fā)出的光線需要90億年才能到達(dá)地球。在我們看來，宇宙在其年齡30%的時(shí)候就是這個(gè)樣子的。

通過引力透鏡發(fā)現(xiàn)伊卡洛斯為天文學(xué)家研究遙遠(yuǎn)星系中的單恒星開辟了一條新途徑。這些觀察結(jié)果為恒星如何演變（特別是最明亮的恒星）提供了一個(gè)罕見的、詳細(xì)的圖像。帕特里克·凱利解釋說：“這是我們第一次看到一個(gè)放大的單恒星，在那里你可以看到各體星系。除了超新星爆炸之外，這顆恒星比我們可以研究的下一顆更遠(yuǎn)的恒星至少遠(yuǎn)100倍?！?/p>

使這顆恒星可見的宇宙奇觀是一種被稱為“引力透鏡”的現(xiàn)象，來自前景的重力。大量的星系團(tuán)在太空中扮演著放大鏡的角色，能夠彎曲和放大光線。有時(shí)來自單個(gè)背景對(duì)象的光線顯示為多個(gè)圖像，光線可以高度放大，使得極其微弱和遙遠(yuǎn)的物體明亮到足以看見。

就伊卡洛斯而言，

天然的“放大鏡”是由被稱為MACSJ1149+2223的星系團(tuán)構(gòu)成的。在距離地球大約50億光年的位置，這個(gè)巨大的星系團(tuán)位于地球和包含遙遠(yuǎn)恒星的星系之間。通過將這種引力透鏡的強(qiáng)度與“哈勃”的精巧分辨率和靈敏度相結(jié)合，天文學(xué)家可以看到伊卡洛斯并對(duì)其展開研究。

使用引力透鏡的作用，我們還可以測試星團(tuán)中暗物質(zhì)的性質(zhì)。暗物質(zhì)是構(gòu)成宇宙大部分質(zhì)量的無形物質(zhì)，科學(xué)家曾設(shè)想它可能主要由宇宙誕生時(shí)形成的大量原始黑洞組成，其中多數(shù)黑洞比太陽大幾十倍。但是，通過研究前景星團(tuán)中漂浮著什么，科學(xué)家檢驗(yàn)了這個(gè)假設(shè)，結(jié)論是并不看好。因?yàn)楣臻g望遠(yuǎn)鏡13年的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，如果背景恒星光中有一群黑洞的介入，看起來會(huì)不同。

在美國航空航天局的詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡投入使用后，天文學(xué)家有望找到更多像伊卡洛斯這樣的恒星。詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡非凡的靈敏度可以測量更多細(xì)節(jié)，包括這些遙遠(yuǎn)恒星是否在旋轉(zhuǎn)。屆時(shí)，我們可能會(huì)看到宇宙中遍布著這種放大的恒星。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，來自伊卡洛斯的“哈勃”數(shù)據(jù)與藍(lán)色超巨星的模型相匹配，這表明伊卡洛斯的溫度大約是太陽的2倍。藍(lán)色實(shí)線表示藍(lán)色超巨星的模型光譜，根據(jù)與高度放大的恒星宿主星系的距離進(jìn)行調(diào)整。紅色方塊是伊卡洛斯測量的實(shí)際數(shù)據(jù)。巴耳末跳躍相對(duì)于其固有波長的觀測波長（在約365納米處）是到恒星的距離的標(biāo)志。巴耳末跳躍的強(qiáng)度取決于恒星在其表面的重力強(qiáng)度和溫度。