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第一批阿拉丁神灯照亮太空

  宇宙或者在原始火球,或者在原处奇点的大爆炸事件中诞生了,在宇宙诞生之后的几亿年,第一颗恒星出现在早期的太空,恒星的诞生在宇宙演化史上是一个标志性事件,极早期宇宙的黑暗状态被光芒四射的恒星点亮,在宇宙诞生之后的几亿年,物质粒子的混沌状态形成了极早期宇宙的黑暗时期,氢原子和氦原子是主要的物质原子成分,但光子和原子混在一起,光子不能在气体云团中自由穿越,原子和分子难以反射可见的光线。
  加拿大的研究人员计算了最早发光天体出现的情形,早期宇宙的第一批恒星彼此靠得很近,出现了十分明亮的恒星群,极早期的黑暗宇宙被第一批闪耀的恒星点亮,好似黑暗舞台被开启的聚光灯照亮。第一批恒星聚集成群,发出了十分惊人的光辐射,相当于1亿颗恒星"集体出场",1亿颗恒星闪亮形成了"超级聚光灯"效应。加拿大西安大略大学的亚历山大·德索萨和山塔努·巴苏在英国皇家天文学会举办的杂志《月度通讯》上发布了有关早期恒星的研究成果。
  两位加拿大的科学建构了恒星亮度的物理模型,光度在恒星形成的过程中发生了明显的变化,恒星在原恒星气体圆盘内通过引力塌缩的方式产生。恒星在早期演化的阶段伴有混乱和狂暴的特性,在原恒星气体圆盘中心的团块物质逐渐聚集并剧烈旋转,气体圆盘中心的物质在高温、高压作用下点燃了恒星的核聚变反应。大质量的恒星产生了超新星暴的闪亮,这比整个原恒星气体圆盘的平均亮度高出100倍,第一批原恒星最为明亮,它们处在吸入气体物质的逐渐成长阶段。
  10颗到20颗原初的恒星组成了小恒星群,它们的热辐射爆发意味着亮度的增强,光线背景辐射持续了很长的周期,两位加拿大科学家经过了模拟计算,一个由16颗原初恒星组成的恒星群的亮度增强了1000倍,极不寻常的亮度达到了太阳的1亿倍。最早期恒星的生命周期十分短暂,从第一批死亡恒星的大爆炸中释放了第一批重元素物质,其中包括碳和氧,它们是组成生命的基本化学物质。
  从第一批恒星的发出的光线经历了大约130亿年的旅行,最古老的光线最终抵达了我们的地球,但到达地球的光线已变得十分微弱,在古老光线在太空"长途跋涉"期间,宇宙呈现了爆发式增大的体积膨胀,第一批恒星光线被不断膨胀的空间拉伸到红外光波段。地球观测者很难看到最早的恒星光线,然而,先圣孔子在《论语》中有一段话,"工欲善其事,必先利其器","超级观测者"——下一代的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)将替代目前运行的哈勃望远镜。
  詹姆斯·韦伯太空望远镜有更强大的观测功能,它可能从太空勘测中发现"第一缕曙光"。混杂在第一批恒星中的单个恒星显得光线微弱,下一代的詹姆斯·韦伯太空望远镜也难以寻找最早的单个恒星发出的光线,两位加拿大科学家的研究方式如同拨开云雾见太阳,早期原恒星的聚集产生了群星闪耀的"剧场效应",最早恒星发出的光线十分明亮。第一批原初恒星汇聚成早期宇宙的"灯塔",科学家把它们看成指路的明灯,第一批闪耀的恒星为科学家的天文探索指明了坐标和方位。
  詹姆斯·韦伯太空望远镜有一项关键的科学目标,如何发现宇宙最早的第一批恒星?科学家对下一代的太空望远镜寄予了很大的期望,先进的太空望远镜是追踪宇宙演化痕迹最重要的天文工具之一,巡天项目按预期的目标顺利发展,在未来的几年时间,天文学家有可能观测到宇宙中最古老、最灿烂的光线。第一缕光芒是宇宙的"希望之火",它们的出现结束了极早期宇宙的黑暗时期,光明得以永驻太空。第一批闪耀的恒星照亮了周围的物质和空间,在第一批恒星之后出现了太阳,人类得以生活在阳光灿烂的日子。
  (编译:2015-4-24)
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