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天文新知:哈勃太空望远镜发现迄今所见最遥远的恒星

我们用肉眼在夜空中看到的星星,大多是位于我们数百光年范围内的恒星。使用一般天文望远镜的话,亦不难看到一些数以万光年外的星团或百万光年外的星系。星团和星系是大量恒星聚集的天体,因而具足够光度让我们看到。天文学家近来在分析哈勃太空望远镜的观测数据时,发现它于2016 年观测到一颗距离地球竟可达90 亿光年远的恒星,成为迄今除超新星以外,人类可以观测到最为遥远的单一恒星。

哈勃太空望远镜分别于2011年及2016年拍摄的图片
鸣谢: NASA, ESA, and P. Kelly (University of Minnesota)
上图比较两张由哈勃太空望远镜分别于2011年及2016年拍摄的图片。在2016年的图片中( 右下),可以清楚看到一颗恒星。

这颗恒星称为「伊卡洛斯」(官方名称为MACS J1149+2223 Lensed Star 1),是天文学家透过一种称为重力透镜的方法发现。在「伊卡洛斯」和地球之间,有一个距离地球大约50 亿光年的星系团,该星系团的重力将「伊卡洛斯」发射出来的光线扭曲,造成透镜效果,加强其光度。天文学家估计,在一般情况下,这星系团只能将「伊卡洛斯」的光度增强600 倍,但可能由于星系团内的某颗天体在移动途中巧合经过地球和「伊卡洛斯」中间,造成额外的重力透镜效果,令「伊卡洛斯」的光度增加至2000 倍,因而哈勃太空望远镜才能看到它。

重力透镜效应的示意图
重力透镜效应的示意图。光线经过一个重力场会弯曲,情况就像透镜折射光线一样。

天文学家分析「伊卡洛斯」光谱,得知它是一颗蓝超巨星。这类型的恒星远远比太阳更大、更热、更光、更重,但在这距离下,如没有重力透镜的放大效应,即使是哈勃太空望远镜亦不可能观测到它。

蓝超巨星的光谱模型和观测数据的比较
鸣谢: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
蓝超巨星的光谱模型和观测数据的比较。

科学家发现「伊卡洛斯」的光谱数据跟蓝超巨星的模型吻合。图中蓝色实线显示在90亿光年远的蓝超巨星的光谱模型,而红点则是「伊卡洛斯」的真实观测数据。由于一种称为红移的现象,在恒星光谱中观测到的巴耳麦不连续的波长( 原本约在365纳米) 偏移到接近1000纳米。这现象有助揭示出恒星的距离,而巴耳麦不连续的强度则可揭示出该恒星表面的重力强度及温度。

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