韦伯能找到宇宙中的第一颗恒星吗？

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艺术家对早期宇宙中活跃的超大质量黑洞(SMBH)的印象。宇宙早期的Pop III恒星很可能是SMBHs的祖先。鸣谢:NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

（）据今日宇宙（埃文·高夫）：宇宙最初的恒星有一项重要的任务。它们是由大爆炸产生的原始元素形成的，所以不含金属。合成第一批金属并把它们传播到附近的宇宙是他们的责任。

JWST在寻找宇宙最早的星系方面取得了一些进展。在寻找第一批恒星时，它能取得同样的成功吗？

寻找宇宙中的第一个星系是一项极其艰巨的任务，也是建造JWST的主要动机之一。来自这些古老物体的光被红移到红外线中，这是JWST擅长感知的。通过红外深空观测，太空望远镜已经定位了一些最早的星系。

但是第一批恒星比第一批星系更古老。第一批恒星形成于大爆炸后大约5000万到1亿年，它们的光芒最终终结了宇宙的黑暗时代。天体物理学家认为这些恒星非常大，有1000个太阳质量。

这项新的研究名为“用JWST探测和表征高度放大的恒星:寻找第三代人口的前景”它将发表在皇家天文学会的月刊上，目前可以在arXiv预印本服务器上获得。主要作者是瑞典乌普萨拉大学物理和天文学系的Erik Zackrisson。

“由于在这些早期时期缺乏有效的冷却剂和化学上不丰富的气体中的分裂，由此产生的无金属(又名人口III)恒星被认为具有极高的质量(特征质量约为10-1000个太阳质量)，”作者写道。

为了看到这些早期的大质量恒星，JWST需要引力透镜的帮助。“引力透镜可能会使单个大质量恒星在宇宙距离外可以被探测到，近年来已经探测到几个极度放大的恒星红移到z ~ 6，”作者解释道。在z ~ 6处，光线经过了127亿光年才到达我们这里。

引力透镜利用了一个巨大的前景物体，如星系团，位于我们和我们想要观察的物体之间的情况。当来自目标的光经过前景物体(称为引力透镜)时，光被放大。使得原本不可见的物体变得可见。

第一批恒星的红移大约为z=20，如果JWST能够利用引力透镜，它应该能够看到那束光。如果可以，那么这台强大的望远镜将开始为我们提供早期宇宙中一段时间的观测证据，到目前为止我们主要通过理论了解:再电离时代(EoR)。

在EoR期间，宇宙被浓密模糊的氢气雾所控制。当第一批恒星形成时，它们的紫外光使气体重新电离，从而允许光传播。这是宇宙生命中至关重要的一步，因此找到一些负责任的古代Pop III恒星是一个重要的目标。

这些第一批恒星在其他方面也很引人注目，它们塑造了我们的宇宙。它们质量巨大，比太阳亮几百万倍，与像我们太阳这样的恒星相比，寿命很短。它们要么爆炸成超新星，要么坍缩成黑洞。成为黑洞的黑洞吞噬气体和其他恒星，成为宇宙中第一个类星体。天体物理学家认为，这些类星体通过吸积和合并成长为超大质量黑洞，锚定了像我们银河系这样的星系中心。

作为超新星爆发的那些也发挥了重要作用。他们锻造了比氢和氦重的元素，然后在爆炸时将这些金属扩散回太空。后来出现的恒星含有其中一些金属，这些金属也形成了岩石体。在第三代超新星出现之前，没有岩石行星，当然也不可能存在生命。因此，这些巨大的古老恒星，无论它们最终是超新星还是黑洞，都为我们今天看到的宇宙奠定了基础。

如果JWST成功了，就不会有这些恒星祖先的漂亮照片了。反而会有数据。理清这些数据并确定其中是否有Pop III明星是一项复杂的任务。这一努力将太空望远镜和科学家推向了极限。

首先，很难从光谱上确定富含金属的恒星和缺乏金属的Pop III恒星。一个原因是，这些大质量恒星中的大多数可能是双星，这使得光信号变得复杂。另一个原因是，如果恒星仍然相对年轻，它们可能被星云状的氢包围，这也使得光信号难以解释。

如果JWST能够找到这些恒星中的一些，那么突破性的望远镜——已经是一个惊人的成功——将会更加成功。它，以及操作它的人，正在有条不紊地在它的科学目标列表上打勾。