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天文新知:哈勃太空望遠鏡發現迄今所見最遙遠的恆星

我們用肉眼在夜空中看到的星星,大多是位於我們數百光年範圍內的恆星。使用一般天文望遠鏡的話,亦不難看到一些數以萬光年外的星團或百萬光年外的星系。星團和星系是大量恆星聚集的天體,因而具足夠光度讓我們看到。天文學家近來在分析哈勃太空望遠鏡的觀測數據時,發現它於2016 年觀測到一顆距離地球竟可達90 億光年遠的恆星,成為迄今除超新星以外,人類可以觀測到最為遙遠的單一恆星。

哈勃太空望遠鏡分別於2011年及2016年拍攝的圖片
鳴謝: NASA, ESA, and P. Kelly (University of Minnesota)
上圖比較兩張由哈勃太空望遠鏡分別於2011年及2016年拍攝的圖片。在2016年的圖片中( 右下),可以清楚看到一顆恆星。

這顆恆星稱為「伊卡洛斯」(官方名稱為MACS J1149+2223 Lensed Star 1),是天文學家透過一種稱為重力透鏡的方法發現。在「伊卡洛斯」和地球之間,有一個距離地球大約50 億光年的星系團,該星系團的重力將「伊卡洛斯」發射出來的光線扭曲,造成透鏡效果,加強其光度。天文學家估計,在一般情況下,這星系團只能將「伊卡洛斯」的光度增強600 倍,但可能由於星系團內的某顆天體在移動途中巧合經過地球和「伊卡洛斯」中間,造成額外的重力透鏡效果,令「伊卡洛斯」的光度增加至2000 倍,因而哈勃太空望遠鏡才能看到它。

重力透鏡效應的示意圖
重力透鏡效應的示意圖。光線經過一個重力場會彎曲,情況就像透鏡折射光線一樣。

天文學家分析「伊卡洛斯」光譜,得知它是一顆藍超巨星。這類型的恆星遠遠比太陽更大、更熱、更光、更重,但在這距離下,如沒有重力透鏡的放大效應,即使是哈勃太空望遠鏡亦不可能觀測到它。

藍超巨星的光譜模型和觀測數據的比較
鳴謝: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
藍超巨星的光譜模型和觀測數據的比較。

科學家發現「伊卡洛斯」的光譜數據跟藍超巨星的模型吻合。圖中藍色實線顯示在90億光年遠的藍超巨星的光譜模型,而紅點則是「伊卡洛斯」的真實觀測數據。由於一種稱為紅移的現象,在恆星光譜中觀測到的巴耳麥不連續的波長( 原本約在365納米) 偏移到接近1000納米。這現象有助揭示出恆星的距離,而巴耳麥不連續的強度則可揭示出該恆星表面的重力強度及溫度。

參考:
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/hubble-uncovers-the-farthest-star-ever-seen