2015年6月30日
天文學家用ESO的甚大望遠鏡發(fā)現(xiàn)了到目前為止最明亮的早期宇宙星系，并獲得了強有力的證據(jù)，表明宇宙的第一代恒星正潛藏其中。這些巨大而明亮的天體此前只存在于純粹的理論中，它們是宇宙史上第一批重元素的制造者——這些元素對鍛造今天我們周圍的恒星、圍繞恒星運行的行星，以及我們所了解的生命來說是必須的。新發(fā)現(xiàn)的星系編號為CR7，比此前已知最明亮的遙遠星系還要亮三倍。
CR7藝術(shù)想像圖：早期宇宙中最明亮的星系
天文學家長久以來都在理論上構(gòu)想第一代恒星的存在——這些恒星名為“第III星族恒星”——它們是從宇宙大爆炸的原始物質(zhì)中產(chǎn)生的。（之所以把這些恒星分類為第III星族是因為天文學家已經(jīng)把銀河系恒星分類為太陽那樣能夠形成積吸盤、富含重元素的第I星族，以及更為年老、重元素含量低、通常存在于銀河系核球和暈以及球狀星團內(nèi)的第II星族。）所有較重的化學元素——如對生命十分重要的氧、氮、碳和鐵——都是在恒星內(nèi)鍛造出來的。這就意味著首批恒星必然是由恒星出現(xiàn)之前僅存的元素——氫、氦和微量的鋰形成的。
這些第III星族的恒星極其巨大——比太陽大幾百上千倍——極為熾熱，也極為短命——只需大約兩百萬年就會爆發(fā)成超新星。但是此前并沒有找到能夠證明它們存在的實質(zhì)性證據(jù)。尋找這些恒星極其困難：它們的生命周期極短，它們出現(xiàn)的時候，宇宙的大部分還是不透明的。
一個由David Sobral領(lǐng)導的研究小組用ESO的甚大望遠鏡，對遠古宇宙中一個名為“再電離”的時期進行了回望，這段時期距宇宙爆炸大約是8億年。他們沒有對天空中的一小塊進行小視野的深入研究，而是掃描了很大范圍的天區(qū)，對那些最遙遠的星系進行了觀察。
這次大范圍研究獲得了W.M.凱克天文臺和昴星團望遠鏡、哈勃太空望遠鏡的協(xié)助。他們發(fā)現(xiàn)并確認了許多明亮到令人吃驚的年輕星系。CR7是其中之一，它是個異常的罕見天體，是到目前為止，在這個階段的宇宙觀測到的最明亮星系。CR7及其他星系的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)足以使這次研究獲得成功，但是進一步的探究又為人們提供了更多令人興奮的消息。
甚大望遠鏡上的兩件儀器在CR7內(nèi)發(fā)現(xiàn)了強烈的電離氦發(fā)射線，但是——關(guān)鍵且令人吃驚的是——星系內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)其他重元素跡象。這意味著研究小組在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)了首個證據(jù)，表明那里存在由第III星族恒星構(gòu)成的星團。
“這個發(fā)現(xiàn)從一開始就超越了我們的預期，”David Sobral說，“我們未曾料到會發(fā)現(xiàn)這樣明亮的星系。然后，隨著CR7的本質(zhì)被一點點揭開，我們才發(fā)現(xiàn)我們不但找到了到目前為止最明亮的遙遠星系，還在它身上發(fā)現(xiàn)了第III星族恒星的特點。這些恒星產(chǎn)生了第一批重原子，并最終使我們得以出現(xiàn)。沒有什么能夠比這更令人激動的了?！?div style="height:15px;">
CR7內(nèi)既有較藍的星團，也有少量較紅的星團，這表明第III星族恒星的形成是有批次的——這正如預期。研究小組直接觀測到的是最后一批恒星，這同時也暗示，這些恒星比之前認為的更容易發(fā)現(xiàn)：它們能夠和較亮星系中的普通恒星共同存在，而不僅僅是在那些最早的、最小的、最昏暗的星系中。后者往往過于昏暗，研究起來相當困難。
論文的協(xié)作者Jorryt Matthee對此總結(jié)說：“我經(jīng)常會思考我們從何而來。小時候我就想知道元素從何而來：我骨骼內(nèi)的鈣，我肌肉中的碳，我血液里的鐵。我發(fā)現(xiàn)，它們是從宇宙的極早期開始，從第一代恒星開始逐漸被制造出來的。有了這個非凡的發(fā)現(xiàn)，我們才第一次開始真正關(guān)注這類課題?！?div style="height:15px;">
