“哈勃”發現有史以來最遠的恒星

蘇小慈

在跨越宇宙一半以上距離的地方，有一顆綽號為伊卡洛斯的藍色巨星，它是有史以來“哈勃”見過的最遠的恒星。通常情況下，即使使用世界上功能最強大的望遠鏡也無法看到。但是，因為前景星系團的引力透鏡效應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鏡的天文學家找到了這顆遙遠的恒星，并設定了新的距離記錄。

這個團隊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成，因為飛離太陽過近而翅膀融化，結果掉了下來。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，它瞬間猛增至其真正亮度的2000倍。

該團隊一直在利用哈勃空間望遠鏡觀測遠處旋渦星系中的超新星。2016年，他們發現了距離放大的超新星不遠處的新光點。從新光源的位置來看，他們推測它應該比超新星放大的倍數更高。

當他們分析來自這個物體的光的顏色時，發現它是一顆藍色超巨星。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，是有史以來最遠的一顆單恒星，只有被距離地球約50億光年的大質量星系團的重力放大之后才能看見。這個被稱為MACS J1149+2223的星系團位于圖像左邊。右側圖像顯示的是2011年的同一天區，看不到伊卡洛斯。但是在這個距離，即使對“哈勃”來說，如果沒有引力透鏡的放大效應，仍然是看不到的。

模型表明，當恒星在伊卡洛斯前方移動時，巨大的增亮可能來自前景星系團中一顆與太陽質量相似的恒星的作用。由于前景星系團的質量，恒星的光通常會放大約600倍。

凱利及其團隊怎么知道伊卡洛斯不是另一個超新星？凱利說：“來源不會越來越熱，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。”

伊卡洛斯位于一個非常遙遠的旋渦星系中。它距離我們太遠，發出的光線需要90億年才能到達地球。在我們看來，宇宙在其年齡30%的時候就是這個樣子的。

通過引力透鏡發現伊卡洛斯為天文學家研究遙遠星系中的單恒星開辟了一條新途徑。這些觀察結果為恒星如何演變（特別是最明亮的恒星）提供了一個罕見的、詳細的圖像。帕特里克·凱利解釋說：“這是我們第一次看到一個放大的單恒星，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的恒星至少遠100倍。”

使這顆恒星可見的宇宙奇觀是一種被稱為“引力透鏡”的現象，來自前景的重力。大量的星系團在太空中扮演著放大鏡的角色，能夠彎曲和放大光線。有時來自單個背景對象的光線顯示為多個圖像，光線可以高度放大，使得極其微弱和遙遠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的星系團構成的。在距離地球大約50億光年的位置，這個巨大的星系團位于地球和包含遙遠恒星的星系之間。通過將這種引力透鏡的強度與“哈勃”的精巧分辨率和靈敏度相結合，天文學家可以看到伊卡洛斯并對其展開研究。

使用引力透鏡的作用，我們還可以測試星團中暗物質的性質。暗物質是構成宇宙大部分質量的無形物質，科學家曾設想它可能主要由宇宙誕生時形成的大量原始黑洞組成，其中多數黑洞比太陽大幾十倍。但是，通過研究前景星團中漂浮著什么，科學家檢驗了這個假設，結論是并不看好。因為哈勃空間望遠鏡13年的監測數據顯示，如果背景恒星光中有一群黑洞的介入，看起來會不同。

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

科學家發現，來自伊卡洛斯的“哈勃”數據與藍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。藍色實線表示藍色超巨星的模型光譜，根據與高度放大的恒星宿主星系的距離進行調整。紅色方塊是伊卡洛斯測量的實際數據。巴耳末跳躍相對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志。巴耳末跳躍的強度取決于恒星在其表面的重力強度和溫度。