JWST能看到由原始恒星组成的星系吗

所有恒星主要由氢和氦组成，但大多数恒星也含有可测量数量的较重元素，天文学家将其归为“金属”类别。我们的太阳比大多数恒星拥有更多的金属，因为形成它的星云是早期恒星的残余碎片。这些又是更早的恒星的孩子，依此类推。

一般来说，每一代新星的金属都比上一代多一点。最初的恒星是由宇宙的原始氢和氦产生的，其中几乎没有金属。我们从未见过这些原始恒星中的一颗，但凭借韦伯的力量和一点运气，我们可能很快就会瞥见它们。

确定恒星金属含量的一种方法是比较其大气中铁与氦的比例，即[Fe/He]。这个金属丰度数通常以对数刻度表示，其中太阳的金属丰度设置为零。然后根据这个数字将星星设置为种群。任何金属丰度至少为-1的恒星(意味着它的金属丰度至少是太阳的10%)是第I星族恒星。金属丰度较低的恒星是星族II星，而第一批没有可观测金属的星将是星族III星。

在银河系中，第I族恒星通常位于银河平面和旋臂内，而第II族恒星大多位于银河系周围更分散的恒星光晕中。这是有道理的，因为恒星是在旋臂的气体和尘埃中形成的，随着年龄的增长，它们会远离银河平面。除了第二族恒星通常比太阳大数十亿年之外，它们与年轻恒星大致相似。

第一代恒星被认为是非常不同的。恒星的金属越多，它的密度就越大。像太阳这样的恒星比第三族恒星更紧凑，因此不需要那么多的质量就能发出如此明亮的光芒。由于第一颗恒星仅由氢和氦构成，我们认为它们是大质量恒星，寿命短暂但非常明亮。它们很可能在宇宙最初的几亿年中形成，并在几千万年或更短的时间内死亡。我们能看到它们的光的唯一方法是凝视太空的最深处。从地球上看，即使是最亮的第三族恒星星系也会非常暗淡。但是它们太暗了，万能的韦伯无法观察到吗?

这是预印本服务器arXiv上最近的这项研究试图回答的问题。该团队模拟了第一代恒星的强度和光谱，以确定它们在早期星系中的外观，然后将其与韦伯太空望远镜的能力进行比较。他们发现，如果韦伯能够直接、畅通无阻地看到一个明亮的原始星系，那么它仍然太暗，韦伯看不到。但是，如果一个特别大的原始星系恰好位于一个更大的更近星系的后面，引力透镜可以将遥远星系的光放大并照亮到韦伯可以探测到的程度。

换句话说，我们正处于能够探测到第一代恒星的令人沮丧的边缘。如果事情是这样排列的，我们可以将第一代星系的光谱与更近的星系分开，那么我们就有机会。这听起来可能令人失望，但天文学家是熟练和聪明的，所以有理由希望我们能及时看到来自所有恒星的祖母的光芒。