最遠的恒星

美國《自然》雜志近日刊載的一篇文章稱，哈勃太空望遠鏡取得了一項重大發現，它觀測到了目前已知的最遠的恒星，其目前距離地球280億光年，這顆恒星發出的光用了129億年的時間才來到地球。我們知道光速是宇宙中最快的速度，可這顆恒星發出的光在129億年的時間里，卻行進了280億光年的距離，這不是意味著它的速度已遠超光速了？哈勃又是如何發現如此之遠的恒星的？別急，本期，牙牙帶你走進神秘的宇宙。

什么是恒星

恒星是宇宙中的基本組成單元，它們點亮了黑暗的宇宙，我們的太陽也是一顆恒星。數以億計的恒星在引力的作用下，聚集形成跨度幾萬至幾十萬光年的結構——星系，星系又進一步形成巨大的宇宙星系網絡。

恒星是由大量的氫和氦組成的等離子體球，其壽命直接取決于質量，質量越大的恒星，核聚變反應越劇烈，消耗燃料的速率越快，壽命就越短。那些質量超過太陽100倍的恒星，它們的壽命只有幾百萬至幾千萬年;質量為太陽數倍的恒星，它們的壽命通常為幾億年;像太陽這樣的恒星，壽命可長達100億年;而宇宙中質量最小的一類恒星——紅矮星，它們的質量不到太陽的一半，壽命則可達上千億年，甚至上萬億年。

大質量恒星是宇宙中至關重要的存在。在138億年前，宇宙大爆炸時，只產生了氫和氦兩種元素，其他的元素幾乎不存在。大質量恒星誕生后，通過核聚變以及超新星爆發，才合成了各種元素。組成人體的很多元素其實都來源于大質量恒星，所以，人們常說的“我們都是星塵”，是有科學根據的。

哈勃的神秘武器

由于大質量恒星的壽命很短，而宇宙誕生至今已有138億年，早期宇宙中的大質量恒星如今早已不在了。因此，為了研究那些大質量恒星，我們只有把目光望向深邃的宇宙，因為光速有限，只要我們看得足夠遠，就能看到足夠早時間的宇宙，從而看到早期宇宙中的大質量恒星。

但與星系相比，恒星的尺寸要小很多，而且也要暗淡很多。早期宇宙中的恒星發出的光來到現在，已經極度衰弱，就連強大的哈勃太空望遠鏡都無法看到那些微弱的星光。事實上，以哈勃的解析能力，最遠只能分辨出1億光年外的單一恒星。那么，哈勃這次是如何觀測到如此遙遠的恒星的？

哈勃的秘密武器其實是愛因斯坦預言的一種現象——引力透鏡效應。簡單來說，就是有質量的物體會扭曲周圍的時空，質量越大越密集的天體，周圍時空的扭曲效應越強烈，因此，質量巨大的星系團能強烈扭曲附近的空間。位于星系團背后的遙遠天體發出的光到達星系團附近時，會被彎曲空間扭曲，這時，星系團就像放大鏡一樣扭曲和放大了背景天體的圖像，這就是引力透鏡效應。

在哈勃此次最新觀測到的引力透鏡效應中，前景天體WHL0137-08是一個巨大的星系團，它目前距離地球69億光年。在其背后遙遠的宇宙中，有一個星系與它、地球三者剛好完美排成一條直線，那個遙遠的星系的圖像被WHL0137-08的強大引力所扭曲，形成一條長長的弧線，于是，天文學家便通過這個畸變的圖像，辨認出了一顆單一的恒星（也有可能是雙星系統）。天文學家將這顆恒星稱為WHL0137-LS，也稱為“埃蘭迪爾”（該詞在古英語中意為“冉冉升起的星星”，或者“晨星”）。

天文學家通過分析估算，認為埃蘭迪爾的質量至少是太陽的50倍，甚至可能達到500倍，它向外釋放出巨大的能量，光度高達太陽的幾百萬倍。雖然這顆大質量恒星非常亮，但星光穿過上百億光年的距離后，將會極度衰減，原本不可能被哈勃直接觀測到。但在強大的引力透鏡效應的作用下，埃蘭迪爾的亮度被放大了幾千倍，這才讓哈勃直接觀測到它。

神奇的宇宙膨脹

經過分析，埃蘭迪爾發出的光用了129億年才來到地球，這意味著它所處的宇宙當時年齡只有9億年。那時，這顆恒星所在的星系與當時的原始銀河系相距大約40億光年。但它發出的光用40億年的時間根本到達不了銀河系，這是因為宇宙在膨脹。

天文學家通過研究，認為整個宇宙空間都在膨脹。相距越遠的星系，它們之間的空間在單位時間內膨脹越多，所以星系之間相互退行速度（簡單理解就是各自向后退，拉開彼此間的距離的速度）也越快。因此，埃蘭迪爾發出的光用了129億年的時間才來到銀河系，而非40億年。

由于過去上百億年來，宇宙空間一直在不斷膨脹，并且50億年前，在暗能量的作用下，宇宙空間開始加速膨脹，這導致埃蘭迪爾所在的那個星系目前已經退行到280億光年外，在129億年的時間里退行了240億光年。雖然它的退行速度達到了光速的1.86倍，遠超光速，但這是由空間膨脹造成的，并非它真正的速度。事實上，星系自身在宇宙中的運動速度并不快，例如，仙女座星系相對于銀河系的運動速度僅約為110公里/秒。

目前的可觀測宇宙半徑已經膨脹到465億光年，所以埃蘭迪爾所在的那個星系所處的位置遠不是宇宙的盡頭。事實上，我們根本不知道宇宙究竟有沒有盡頭，因為465億光年外的不可觀測宇宙究竟有多大，沒人知道。

埃蘭迪爾是人類目前發現的最遠的單一恒星，但要深入了解這顆恒星的性質，還需要借助更加強大的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡。作為人類有史以來最強的太空望遠鏡，韋伯目前還在調試當中，只對太陽系附近的恒星進行觀測。相信，等到韋伯全部調試完成之后，天文學家將會了解到埃蘭迪爾更多的秘密，能更深入地研究早期宇宙恒星的性質。

（本文根據DillanQiu發表的相關文章整編。）