数十年来,天文学界对宇宙最早期恒星的认识主要依赖理论模型。最新的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)观测结果显示,研究人员在一个形成于大爆炸后约4亿年的小型伴星周围,获得了迄今为止关于这类古老恒星存在的最有力观测证据。

相关结果来自两篇配套研究,均以预印本形式发布在arXiv平台:一篇由剑桥大学Roberto Maiolino团队主导,另一篇由佛罗伦萨大学Elka Rusta团队主导。研究人员表示,如若后续观测进一步确认,这些信号将为早期宇宙环境提供更直接的观测线索。

研究团队将目标指向早期宇宙中最明亮的星系之一GN-z11。Maiolino团队在2024年的观测中,利用JWST近红外光谱仪NIRSpec-IFU,在GN-z11的晕区识别到来自一处小型伴星的微弱发射线,该伴星被命名为“Hebe”,与主星系相距约3000秒差距。

研究称,该发射线与双电离氦(He II)的特征相符,而产生此类信号通常需要极高能量辐射。与此同时,光谱中未检测到碳、氧、铁等较重元素的发射证据。基于上述特征,研究团队提出,最合理的解释之一是该区域存在由几乎纯氢和氦组成气体云形成的最早期恒星群体。

在后续工作中,Maiolino团队利用NIRSpec-IFU的高分辨率能力确认氦信号真实存在,并将其进一步分解为两个独立成分。另一项由Rusta团队开展的独立研究则在同一位置检测到氢发射线,为识别提供了第二条观测依据。两项研究均报告未发现较重元素的发射线。


Rusta团队进一步通过理论建模,依据Hebe处观测到的氦氢比率,对相关恒星的可能质量范围进行约束。其分析结果显示,质量分布可能偏向高质量,多数恒星质量约为太阳的10至100倍。
研究人员指出,要更全面理解这些古老恒星的形成与演化过程仍需更多观测,但两项相互独立的结果被认为提供了目前最清晰的观测证据之一,支持宇宙最早期恒星确实存在的观点。
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