第一颗恒星有多么的奇特,是哪个时期诞生的?
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发布时间：2022-05-17 10:24
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时间：2023-10-19 01:10
如果你对本文有知识疑问等可在评论区留言，我们将尽可能的为你解答，同时也欢迎大家展开讨论。大家能学到知识，了解不曾知道知识信息，方不负作者撰写这样一篇科学科普文章。
数万亿颗恒星形成生存和死亡后，宇宙早期环境的概念图。恒星的存在和生命周期是使宇宙不仅仅是氢和氦丰富的主要过程，而第一颗恒星发出的辐射使它对可见光透明。图片版权：NASA/ESA/ESO/Wolfram Freudling et al. (STECF)
当今天观测我们的宇宙时，估计里面有两万亿个星系，每个星系平均包含数千亿颗恒星。这意味着我们可以在可见的宇宙中看到大约10^24颗恒星，就像人类最伟大的天文台一样，即使在理论上也能把我们“带回去”，当我们看到越来越远的距离时也在回顾时间，因为大爆炸发生在有限的时间之前(138亿年)，能看到和看到恒星的距离是有限的。一定有一段时间没有星星，因此有一段时间，第一颗星星出现在宇宙中。那是什么时候？现在比以往任何时候都想并知道答案。
仅仅因为这个遥远的星系GN-z11位于星系间介质大部分被重新电离的区域，哈勃望远镜现在可以向我们揭示它。未来詹姆斯·韦伯将更加精细并看得更遥远。图片版权：NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
由于人类最伟大的天文台，如哈勃太空望远镜，地面上的10米级庞然大物，以及赫歇尔和斯皮策等红外太空望远镜，人类在宇宙中看到的东西比其他任何时候都要多。我们已经发现了12亿至130亿年前的一系列星系和类星体，其中有一小部分星系甚至比这更早。目前的纪录保持者是GN-z11，这个星系从宇宙只有4亿年前就有了光，这个星系是当前年龄的3％。我们完全可以看到这个星系，而我们现在的望远镜不太可能找到比这更远的恒星或星系，未来需要更强大敏感的望远镜！
对可观测宇宙的对数尺度概念。请注意，我们所受的时间*在能看到的时间范围内，这是自热大爆炸以来发生的时间——138亿年，或者(包括宇宙膨胀)460亿光年。这里没有恒星和星系；对我们来说，即使是在理论上也是有限度的。图片版权：Wikipedia user Pablo Carlos Budassi
这并不是因为超出这个范围的恒星或星系不存在，而是宇宙当时存在的属性意味着我们看不到那些存在的恒星或星系。一旦第一个38万年过去了，宇宙已经冷却得足够稳定，可以稳定地形成中性原子，而不会被宇宙大爆炸中的剩余辐射直接电离。在这一时间点上没有星星;；需要几千万年（或者甚至超过一亿年）的引力才能使这些微不足道的地区首次吸引足够的物质来点燃核聚变，即：
1、宇宙正在膨胀，这意味着即使是最热的恒星所产生的紫外线光线也会被红移：从紫外线到可见光一直到红外线，远远超过哈勃能看到的。
2、现在充满中性原子的宇宙阻挡了来自这些恒星的光线，就像我们星系中的中性物质遮蔽了我们眼中的银河系中心一样。
银河系和周围天空的星密度图，清晰地显示了银河系，大小麦哲伦云，如果你仔细看，SMC左边的NGC 104，NGC 6205稍微高于和靠左银河核心，NGC 7078稍低。然而在可见光的情况下，银河系中心因银河系平面中性物质对光的吸收而变得模糊不清。图片版权：ESA/GAIA
而且那些第一代恒星和星系与我们（银河系）的不同。现在，宇宙中存在的恒星大约由70%的氢、28%的氦和1 - 2%的“其他物质”组成，天文学家们称之为“金属”。“如果你看看那些曾经存在过的恒星，把氢聚变成氦，然后再把氦转化成更重的元素，这就是它们效应的总和：丰富了后大爆炸的宇宙，即75%的氢、25%的氦和0%的金属，我们今天看到的。这意味着形成的第一颗恒星应该是原始的，或者是由氢和氦构成的，没有其他元素来污染。现在所拥有的最好的候选者是星系CR7中的一群恒星，它们的光经过了130亿年才到达我们的眼睛。
一幅CR7的插图，CR7是第一个发现的星系被认为是第三代恒星：宇宙中最早形成的恒星。JWST将展示这个星系的真实图像，以及其他类似星系的图像。图片版：ESO/M. Kornmesser
我们可以模拟宇宙中的条件何时首先存在，以引起核聚变，因此，第一颗恒星。
从理论上讲可以用我们所知道的结构形成来模拟第一批恒星形成的时间，因为现代科学已知道以下几点：
1、当宇宙38万年的时候，宇宙的某些区域的密度是多少
2、物理定律(如引力力和电磁)是物质和辐射都要遵守的
3、当时有多少宇宙是由物质，辐射，暗物质和中微子组成的
4、以及在不断膨胀的宇宙中如何冷却，收缩和崩溃
科学家们可以模拟宇宙中最初存在的条件，从而产生核聚变的点火产生第一颗/批恒星。
在目前的观测站中看不到这些恒星，因为围绕它们的中性物质阻挡了太多的发射光。在宇宙被重新电离之前，这意味着有足够的热紫外线发射星将这些中性原子转变成电离等离子体，而紫外线和可见光是无法穿透的。平均而言，宇宙在500-550亿年之前不会被重新电离，古老的星系gnz11恰好位于我们的视线早期发生重新电离的空间区域。
一般来说需要做的是观察光的其余部分的红外部分，因为中性原子在屏蔽这方面的效率较低。
这幅四幅图显示了银河系*的四种不同波长的光，顶部的波长较长(亚毫米)，穿过远近红外(第二和第三)，并以可见光的方式结束银河系。注意尘埃带和前景恒星在可见光下遮蔽了中心。图片版权：ESO / ATLASGAL联盟/ NASA / GLIMPSE联盟/ VVV调查/ ESA / Planck / D。Minniti / S。Guisard致谢：Ignacio Toledo，Martin Kornmesser
通过观察我们自己的星系可以看到这一点，它可能对可见光和紫外光不透明，但是在长波和较长的波长处是透明的。这就是为什么詹姆斯韦伯太空望远镜将会是如此巨大的进步。是的，它比哈勃大，是的，它会有更先进的仪器。但是大跃进将是它被设计成能看到更长的波长，一直延伸到中红外，大约是哈勃所能看到的最长波长的20倍。从理论上讲，它应该能够看到遥远星系和星团的光——早在宇宙在1.5亿至2.5亿年之间时。
詹姆斯·韦伯将拥有哈勃望远镜的7倍的聚光能力，但是他将能够在光谱的红外光谱中看到更远，揭示出那些比哈勃所能看到的更早的星系。图片版权：NASA / JWST科学团队
但是还有更多的科学要做。即使是詹姆斯·韦伯（James Webb），我们也不可能一路走到所有人的第一个明星身上，但是我们很可能会更好地处理他们到底在哪里和什么时候。至于第一批原始星星？第一颗星星证实除了氢和氦之外没有别的东西？如果大自然对我们友善，詹姆斯·韦伯不仅会给我们带来第一个，而且会给我们带来很多例子。
宇宙在那里等着我们去发现它。如果我们想知道答案，我们只需要看看。当我们建立更好的观测站并获得更好的数据时，我们对所有这些数据的理解只会改善。
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时间：2023-10-19 01:10
