天体物理学家发现了一种寻找第一颗恒星的新方法

香港大学(HKU)物理系戴立新教授领导的研究小组最近进行的一项研究发现了一种探测第一代恒星(称为第三族(PopIII)恒星)的新方法，从未被直接检测到。

这项研究得到了国际天文学界的广泛认可，其中最引人注目的是太空望远镜科学研究所，该研究所运营着几台美国宇航局望远镜。这些关于PopIII恒星的潜在发现有望解开宇宙起源的秘密，并为从原始宇宙到我们今天居住的世界的非凡旅程提供更深入的了解。

宇宙大爆炸后不久，主要由氢和氦组成的第一批恒星开始形成。这些第一代恒星PopIII的特性与我们的太阳等恒星甚至今天正在形成的恒星有很大不同。它们非常热，尺寸和质量都巨大，但寿命很短。

PopIII恒星是第一批合成大多数比当今我们周围的氢和氦重的元素的工厂。它们对于形成后代的恒星和星系也非常重要。然而，到目前为止，还没有令人信服的直接探测到PopIII恒星，因为这些在早期宇宙中形成的恒星距离我们非常遥远，而且对于我们在地面或太空中的任何望远镜来说都太微弱。

香港大学科学家首次发现了一种探测早期宇宙中第一批恒星的新方法。香港大学物理系戴教授的研究小组最近进行的一项研究提出，如果一颗PopIII恒星徘徊到一个大质量黑洞附近，它可能会被潮汐力撕成碎片。

香港大学天体物理学家发现了一种寻找第一颗恒星的新方法。图片来源：太空望远镜科学研究所/RalfCrawford

在这样的潮汐破坏事件(TDE)中，黑洞会吞噬恒星碎片并产生非常明亮的耀斑。研究人员调查了所涉及的复杂物理过程，并证明这些耀斑可以跨越数十亿光年到达今天的我们。最重要的是，他们发现这些TDE耀斑的独特特征可用于识别PopIII恒星的存在并深入了解其特性。

“当高能光子从很远的距离传播时，由于宇宙的膨胀，耀斑的时间尺度将会被拉长。这些TDE耀斑会在很长一段时间内上升和衰减，这将它们与TDE区分开来。该项目的首席研究员兼通讯作者戴教授说：

“有趣的是，不仅耀斑的时间尺度被拉长了，它们的波长也被拉长了。TDE发出的可见光和紫外光在到达地球时将转化为红外发射，”该研究所的博士后RudraniKarChowdhury博士说。香港大学物理系教授、该论文的第一作者补充道。

令这一发现更令人兴奋的是，美国宇航局的两项旗舰任务，即最近发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)和即将推出的南希·格雷斯·罗马太空望远镜(Roman)，有能力从很远的距离观察这种红外发射。

耶鲁大学天文学和物理系教授、该论文的合著者普里亚·纳塔拉詹(PriyaNatarajan)表示：“罗曼具有同时观测大面积天空和深入了解早期宇宙的独特能力，这使其成为一种很有前途的探测器探测这些PopIIITDE耀斑，这反过来又可以间接发现PopIII恒星。”

张珍妮，博士香港大学物理系的学生、该论文的合著者补充道：“我们预计，如果采取正确的观测策略，罗曼每年都会检测到几十起此类事件。”

考虑到这些发现，未来十年将呈现出识别这些不同来源的巨大潜力，从而带来有关PopIII恒星的令人兴奋的启示，并揭开宇宙诞生之谜。