詹姆斯·韦伯太空望远镜放大了宇宙大爆炸后仅4.3亿年就出现的星系GN-z11，揭示了宇宙中可能最古老的恒星。

由于詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的观测，宇宙中存在的第一代恒星的证据已经浮出水面。证据位于已知的最遥远的星系之一。

这个被命名为“GN-z11”的星系是2015年由哈勃太空望远镜发现的，在詹姆斯韦伯太空望远镜发射之前，它被认为是已知最遥远的星系。由于红移为10.6，所以讨论它存在的时间比讨论它离我们有多远更有意义。这是因为我们看到的GN-z11是大爆炸后4.3亿年的样子，这是由于它发出的光到达我们这个宇宙角落所花费的时间。相比之下，今天的宇宙已有138亿年的历史。

因此，GN-z11是JWST研究的主要目标。现在，两篇新的论文描述了关于GN-z11的重大发现，揭示了早期宇宙中存在的星系如何生长的重要细节。

GN-Z11是已知的这个红移最亮的星系，事实上，这已经成为JWST几乎经常在早期宇宙中发现的高红移星系的共同主题。它们中的许多看起来比我们的星系形成模型预测的要亮得多。这些预测是基于宇宙学的标准模型。

现在，JWST的新观测似乎揭示了正在发生的事情。

由剑桥大学的罗伯托·马约利诺（Roberto Maiolino）领导的一个天文小组，用JWST的两个近红外仪器 —— 近红外相机（NIRCam）和近红外光谱仪（NIRSpec）探测了GN-z11。研究人员发现了第一代恒星的证据，即第三星族恒星，以及一个超大质量黑洞，它吞噬了大量物质，并以极大的速度增长。

科学家们可以根据一颗恒星的重元素丰度来计算它的年龄，这些重元素可能是由前几代恒星形成的，这些恒星在生存和死亡后将这些重元素喷射到太空中，最终在恒星形成区域被回收，形成新的恒星体。在过去的五六十亿年中形成的最年轻的恒星被称为第一星族恒星，它们的重元素含量最高。我们的太阳是一颗第一星族星。较老的恒星含有较少的重元素，因为在它们之前的恒星世代较少。我们称这些恒星为第二星族，它们生活在银河系最古老的区域。

然而，到目前为止，第三星族恒星一直是纯粹的假设。

它们可能是第一批形成的恒星，因为在它们之前没有其他恒星，所以它们不含重元素，只由大爆炸期间形成的原始氢和氦组成。这些最初的恒星也被认为非常明亮，质量至少相当于几百个太阳。

虽然，天文学家还没有直接看到第三星族的恒星，但罗伯托·马约利诺的团队在GN-z11中发现了它们存在的间接证据。NIRSpec在GN-z11边缘附近观察到一团电离氦。

罗伯托·马约利诺在一份声明中说：“除了氦，我们没有看到其他任何东西，这表明这个团块一定是相当原始的。这是理论和模拟所期望的，在这些时代的特别大的星系附近，应该有原始气体的口袋存在于光环中，这些可能会崩溃并形成第三星族恒星。”

这些氦气正在被一些产生大量紫外线的东西电离，这些东西被推断为第三星族的恒星。观测到的氦很可能是这些恒星形成时的剩余物质。电离所有这些气体所需的紫外线总量需要大约60万个太阳质量的恒星，它们的总亮度是太阳的20万亿倍。这些数据表明，像GN-z11这样的遥远星系，可能比现代宇宙中的星系更擅长形成大质量恒星。

与此同时，根据第二组结果，罗伯托·马约利诺的团队还发现了证据，证明在GN-z11的中心存在一个200万太阳质量的黑洞。

研究小组还探测到一股强大的辐射从围绕黑洞旋转的物质吸积盘中流出，以及通常在吸积黑洞附近发现的电离化学元素。该团队表示，这是迄今为止发现的最遥远的超大质量黑洞，其贪婪的食欲导致其吸积盘变得致密和炽热，并发出明亮的光芒。研究人员认为，这一点与第三星族恒星相结合，是GN-z11如此明亮的原因，而不会像一些人过早地声称的那样打破标准宇宙学。

关于电离氦团和III星族恒星的研究，已经被接受发表在《天文学与天体物理学》杂志上，可以找到预印本。与此同时，关于NIRCam对黑洞观测的研究发表在1月17日的《自然》杂志上。

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