“哈勃”发现有史以来最远的恒星

苏小慈

在跨越宇宙一半以上距离的地方，有一颗绰号为伊卡洛斯的蓝色巨星，它是有史以来“哈勃”见过的最远的恒星。通常情况下，即使使用世界上功能最强大的望远镜也无法看到。但是，因为前景星系团的引力透镜效应大幅放大了该恒星的微弱光芒，使用美国航空航天局哈勃空间望远镜的天文学家找到了这颗遥远的恒星，并设定了新的距离记录。

这个团队的成员里有西班牙坎塔布里亚研究所的何塞·迭戈和南卡罗来纳大学的史蒂文·罗德尼，他们把这颗星称为“伊卡洛斯”。伊卡洛斯是希腊神话中的角色，他的翅膀由羽毛和蜡构成，因为飞离太阳过近而翅膀融化，结果掉了下来。与伊卡洛斯很像的是，从地球上看，这颗背景星只有短暂的一瞬：放大时，它瞬间猛增至其真正亮度的2000倍。

该团队一直在利用哈勃空间望远镜观测远处旋涡星系中的超新星。2016年，他们发现了距离放大的超新星不远处的新光点。从新光源的位置来看，他们推测它应该比超新星放大的倍数更高。

当他们分析来自这个物体的光的颜色时，发现它是一颗蓝色超巨星。这种类型的恒星比太阳大、重、热，并且其本身可能就比太阳明亮几十万倍。

伊卡洛斯的官名是MACS J1149+2223透镜星1，是有史以来最远的一颗单恒星，只有被距离地球约50亿光年的大质量星系团的重力放大之后才能看见。这个被称为MACS J1149+2223的星系團位于图像左边。右侧图像显示的是2011年的同一天区，看不到伊卡洛斯。但是在这个距离，即使对“哈勃”来说，如果没有引力透镜的放大效应，仍然是看不到的。

模型表明，当恒星在伊卡洛斯前方移动时，巨大的增亮可能来自前景星系团中一颗与太阳质量相似的恒星的作用。由于前景星系团的质量，恒星的光通常会放大约600倍。

凯利及其团队怎么知道伊卡洛斯不是另一个超新星？凯利说：“来源不会越来越热，它没有爆炸，只是光线被放大而已。而这正是你想从引力透镜里看到的。”

伊卡洛斯位于一个非常遥远的旋涡星系中。它距离我们太远，发出的光线需要90亿年才能到达地球。在我们看来，宇宙在其年龄30%的时候就是这个样子的。

通过引力透镜发现伊卡洛斯为天文学家研究遥远星系中的单恒星开辟了一条新途径。这些观察结果为恒星如何演变（特别是最明亮的恒星）提供了一个罕见的、详细的图像。帕特里克·凯利解释说：“这是我们第一次看到一个放大的单恒星，在那里你可以看到各体星系。除了超新星爆炸之外，这颗恒星比我们可以研究的下一颗更远的恒星至少远100倍。”

使这颗恒星可见的宇宙奇观是一种被称为“引力透镜”的现象，来自前景的重力。大量的星系团在太空中扮演着放大镜的角色，能够弯曲和放大光线。有时来自单个背景对象的光线显示为多个图像，光线可以高度放大，使得极其微弱和遥远的物体明亮到足以看见。

就伊卡洛斯而言，

天然的“放大镜”是由被称为MACSJ1149+2223的星系团构成的。在距离地球大约50亿光年的位置，这个巨大的星系团位于地球和包含遥远恒星的星系之间。通过将这种引力透镜的强度与“哈勃”的精巧分辨率和灵敏度相结合，天文学家可以看到伊卡洛斯并对其展开研究。

使用引力透镜的作用，我们还可以测试星团中暗物质的性质。暗物质是构成宇宙大部分质量的无形物质，科学家曾设想它可能主要由宇宙诞生时形成的大量原始黑洞组成，其中多数黑洞比太阳大几十倍。但是，通过研究前景星团中漂浮着什么，科学家检验了这个假设，结论是并不看好。因为哈勃空间望远镜13年的监测数据显示，如果背景恒星光中有一群黑洞的介入，看起来会不同。

在美国航空航天局的詹姆斯·韦伯空间望远镜投入使用后，天文学家有望找到更多像伊卡洛斯这样的恒星。詹姆斯·韦伯空间望远镜非凡的灵敏度可以测量更多细节，包括这些遥远恒星是否在旋转。届时，我们可能会看到宇宙中遍布着这种放大的恒星。

科学家发现，来自伊卡洛斯的“哈勃”数据与蓝色超巨星的模型相匹配，这表明伊卡洛斯的温度大约是太阳的2倍。蓝色实线表示蓝色超巨星的模型光谱，根据与高度放大的恒星宿主星系的距离进行调整。红色方块是伊卡洛斯测量的实际数据。巴耳末跳跃相对于其固有波长的观测波长（在约365纳米处）是到恒星的距离的标志。巴耳末跳跃的强度取决于恒星在其表面的重力强度和温度。