천문학자들은 우주의 첫 번째 별을 발견했다고 말합니다.

JWST(James Webb Space Telescope)의 데이터를 조사하는 천문학자 그룹이 먼 은하계에서 희귀한 헬륨 동위원소에서 나오는 빛을 흘끗 보았는데, 이는 우주의 첫 번째 별의 존재를 나타낼 수 있습니다.

오랫동안 찾던 부적절하게 명명된 "인구 III" 별은 우주의 원시 가스에서 조각된 수소와 헬륨의 거대한 공이었을 것입니다. 이론가들은 1970년대에 이 최초의 불덩어리를 상상하기 시작했고, 짧은 수명 후에 초신성으로 폭발하여 더 무거운 원소를 만들어 우주로 분출할 것이라는 가설을 세웠습니다. 그 별은 나중에 무거운 원소가 더 풍부한 인구 II 별을 낳았고, 우리 태양과 같은 훨씬 더 풍부한 인구 I 별뿐만 아니라 행성, 소행성, 혜성, 그리고 결국에는 생명 그 자체를 낳았습니다.

"우리는 존재합니다. 따라서 우리는 별의 XNUMX세대가 있었음에 틀림없다는 것을 압니다."라고 말했습니다. 레베카 볼러, 영국 맨체스터 대학교의 천문학자.

이제 베이징에 있는 중국과학원의 천문학자인 Xin Wang과 그의 동료들은 그것들을 발견했다고 생각합니다. "정말 초현실적입니다." Wang이 말했습니다. 여전히 확인이 필요합니다. 팀의 종이, 사전 인쇄 서버 arxiv.org에 게시됨 8월 XNUMX일에 피어 리뷰를 기다리고 있습니다. 자연.

연구원들이 틀렸더라도 첫 번째 별에 대한 더 설득력 있는 감지가 멀지 않을 수 있습니다. JWST는 천문학의 광대한 범위를 변형, 그들을 볼 수 있도록 공간과 시간에서 충분히 멀리 볼 수 있다고 생각됩니다. 이미 거대한 부유 망원경은 먼 은하계를 발견했습니다. 명도 Population III 별을 포함할 수 있음을 시사합니다. 그리고 JWST로 별을 발견하기 위해 경쟁하는 다른 연구 그룹은 현재 자체 데이터를 분석하고 있습니다. "이것은 절대적으로 가장 뜨거운 질문 중 하나입니다."라고 말했습니다. 마이크 노먼, 컴퓨터 시뮬레이션에서 별을 연구하는 캘리포니아 대학교 샌디에고의 물리학자.

결정적인 발견을 통해 천문학자들은 별의 크기와 모양, 존재 시기, 원시 어둠 속에서 갑자기 어떻게 빛을 발하는지 조사할 수 있습니다.

Bowler는 "이것은 우주 역사상 가장 근본적인 변화 중 하나입니다."라고 말했습니다.

인구 III

빅뱅 이후 약 400,000만 년이 지나면 전자, 양성자, 중성자가 수소와 헬륨 원자로 결합할 수 있을 만큼 충분히 자리를 잡았습니다. 온도가 계속 떨어지면서 암흑물질은 점점 뭉쳐 원자들을 끌어당겼다. 덩어리 내부에서 수소와 헬륨은 중력에 의해 압축되어 거대한 가스 공으로 응축되어 공이 충분히 밀도가 높아지면 갑자기 핵융합이 중앙에서 점화되었습니다. 최초의 별이 탄생했습니다.

독일의 천문학자 발터 바데 분류 된 1944년 우리 은하계의 별들은 I형과 II형으로 분류되었습니다. 전자에는 태양과 금속이 풍부한 다른 별들이 포함됩니다. 후자는 더 가벼운 요소로 구성된 오래된 별을 포함합니다. Population III 별에 대한 아이디어는 수십 년 후에 문학에 등장했습니다. 그들의 위상을 높인 1984년 논문에서 영국의 천체물리학자 버나드 카(Bernard Carr)는 중요한 역할을 설명했습니다. 이 원래 유형의 별은 초기 우주에서 활동했을 수 있습니다. Carr와 그의 동료들은 "그들의 열이나 폭발은 우주를 재이온화할 수 있었습니다."라고 썼습니다.

Carr와 그의 공동 저자들은 초기 우주에서 사용할 수 있는 많은 양의 수소와 헬륨 가스로 인해 별이 우리 태양보다 수백 배에서 100,000배 더 큰 엄청난 크기로 성장했을 수 있다고 추정했습니다.

소위 초거대성이라고 불리는 범위의 더 무거운 끝에 있는 별들은 상대적으로 차갑고 붉고 부풀어 올랐을 것이며 그 크기는 우리 태양계 거의 전체를 포함할 수 있을 것입니다. 밀도가 더 높고 적당한 크기의 Population III 별은 표면 온도가 약 섭씨 50,000도로 태양이 5,500도에 불과한 데 비해 뜨겁고 푸른 빛을 냈을 것입니다.

2001년에 Norman이 이끄는 컴퓨터 시뮬레이션은 다음과 같이 설명했습니다. 어떻게 그렇게 큰 별이 형성될 수 있었는지. 현재 우주에서 가스 구름은 많은 작은 별들로 부서집니다. 그러나 시뮬레이션은 초기 우주의 가스 구름이 현대 구름보다 훨씬 더 뜨거워 쉽게 응축될 수 없었고 따라서 별 형성에 덜 효율적이라는 것을 보여주었습니다. 대신 구름 전체가 하나의 거대한 별로 무너질 것입니다.

그들의 거대한 비율은 별이 수명이 짧다는 것을 의미했으며 기껏해야 수백만 년 동안 지속되었습니다. (무거운 별일수록 사용 가능한 연료를 더 빨리 소진합니다.) 이와 같이 인구 III 별은 우주 역사상 오래 지속되지 않았을 것입니다.

많은 불확실성이 있습니다. 이 별들은 실제로 얼마나 거대해졌을까? 그들은 우주에 얼마나 늦게 존재했습니까? 그리고 그들은 초기 우주에서 얼마나 풍부했습니까? Bowler는 “그들은 우리 은하계의 별들과는 완전히 다른 별들입니다. "그냥 정말 흥미로운 물건입니다."

그들은 너무 멀리 떨어져 있고 너무 짧게 존재했기 때문에 증거를 찾는 것이 어려웠습니다. 그러나 1999년 콜로라도 대학교 볼더의 천문학자들은 별이 숨길 수 없는 서명을 생성하다: 헬륨-2에서 나오는 빛의 특정 주파수. 이 불안정한 형태의 헬륨은 핵에 XNUMX개의 양성자만 포함하는 반면 일반 헬륨도 XNUMX개의 중성자를 포함합니다. "헬륨 방출은 실제로 별 자체에서 발생하는 것이 아닙니다." 맨체스터 대학의 천문학자인 James Trussler가 설명했습니다. 오히려 그것은 별의 뜨거운 표면에서 나오는 에너지가 넘치는 광자가 별을 둘러싼 가스 속으로 들어갈 때 만들어졌습니다.

"상대적으로 간단한 예측입니다."라고 제네바 대학의 Daniel Schaerer는 말했습니다. 2002년 아이디어 확장. 사냥이 시작되었습니다. 

최초의 별 찾기

2015년에 Schaerer와 그의 동료들은 뭔가를 발견했을지도 모른다고 생각했습니다. 그들 가능한 힌트 감지 Population III 별 그룹과 연결되었을 수있는 먼 원시 은하의 헬륨 -2 서명. 빅뱅 이후 800억년 후에 나타난 것으로 보아, 우주 최초의 별에 대한 최초의 증거를 품고 있을 것만 같은 은하는 보였다.

Bowler가 이끄는 후기 작업 조사 결과에 대해 이의를 제기했습니다.. “우리는 소스에서 산소 방출에 대한 증거를 찾았습니다. 그것은 순수한 인구 III 시나리오를 배제했습니다.”라고 그녀는 말했습니다. 그럼 독립그룹 헬륨-2 라인 감지 실패 초기 팀에서 볼 수 있습니다. Bowler는 "거기에 없었습니다."라고 말했습니다.

다른 사람들이 더 잘할 수 있습니까?

천문학 자 JWST에 희망을 걸다2021년 2월에 출시된 이 망원경은 거대한 거울과 적외선에 대한 전례 없는 감도를 갖추고 있어 이전의 어떤 망원경보다 더 쉽게 초기 우주를 들여다볼 수 있습니다. (빛이 여기까지 이동하는 데 시간이 걸리기 때문에 망원경은 오래 전에 나타났던 희미하고 멀리 있는 물체를 봅니다.) 망원경은 또한 분광법을 수행하여 빛을 구성 요소 파장으로 분해하여 헬륨-XNUMX 특징을 찾을 수 있습니다. 인구 III 별.

Wang의 팀은 JWST의 표적 2,000개 이상에 대한 분광 데이터를 분석했습니다. 하나는 빅뱅 이후 620억 2천만년 후에 나타난 먼 은하입니다. 연구원들에 따르면 은하계는 두 부분으로 나뉩니다. 그들의 분석은 절반이 다른 원소의 빛과 혼합된 헬륨-XNUMX의 주요 서명을 가지고 있는 것으로 보이며 잠재적으로 수천 개의 인구 III 및 다른 별의 하이브리드 인구를 가리킵니다. 은하 후반부에 대한 분광학은 아직 수행되지 않았지만 그 밝기는 인구 III이 더 풍부한 환경을 암시합니다.

Wang은 "우리는 은하계 전체를 커버하는 다음 주기의 JWST 관측 시간을 신청하려고 합니다."라고 왕은 말했습니다.

Norman에 따르면 은하계는 "헤드 스크래처"입니다. 헬륨-2 결과가 면밀한 조사를 통과한다면 "하나의 가능성은 인구 III 별의 클러스터입니다."라고 그는 말했습니다. 그러나 그는 Population III 별과 이후의 별이 그렇게 쉽게 섞일 수 있는지 확신하지 못했습니다.

다니엘 웨렌포츠머스 대학의 천체물리학자인 는 비슷하게 신중했습니다. "한 은하에 인구 III과 인구 II 별이 혼합되어 있다는 증거가 될 수 있습니다."라고 그는 말했습니다. 그러나 이것이 우주 최초의 별에 대한 "최초의 직접적 증거"가 될지라도 Whalen은 "순수한 증거는 아니다"라고 말했습니다. 다른 뜨거운 우주 물체는 블랙홀 주위를 소용돌이치는 물질의 뜨거운 원반을 포함하여 유사한 헬륨-2 서명을 생성할 수 있습니다.

Wang은 그의 팀이 블랙홀을 소스로 배제할 수 있다고 생각하는데, 그 경우 예상되는 특정 산소, 질소 또는 이온화된 탄소 시그니처를 감지하지 못했기 때문입니다. 그러나 이 작업은 여전히 ​​동료 검토를 기다리고 있으며, 그 후에도 잠재적 결과를 확인하기 위해 후속 관찰이 필요합니다.

핫 온 온 트레일

JWST를 사용하는 다른 그룹도 첫 번째 별을 찾고 있습니다.

헬륨-2를 찾는 것 외에도 2018년 애리조나 주립 대학의 천문학자 Rogier Windhorst와 동료들이 제안한 또 다른 검색 방법은 다음과 같습니다. 중력을 이용하다 초기 우주에서 개별 별을 볼 수 있는 거대한 은하단. 성단과 같은 거대한 물체를 사용하여 빛을 휘게 하고 더 멀리 있는 물체를 확대하는 것(중력 렌즈 효과로 ​​알려진 기술)은 천문학자들이 먼 은하의 시야를 얻는 일반적인 방법입니다. Windhorst는 무거운 성단의 가장자리에 접근하는 개별 인구 III 별조차도 "원칙적으로 거의 무한한 배율을 겪을 수 있고" 시야에 들어올 수 있다고 믿었다고 그는 말했습니다.

Windhorst는 JWST 프로그램을 이끌고 있습니다. 기술을 시도하다. “나는 XNUMX~XNUMX년 안에 우리가 몇몇을 보게 될 것이라고 확신합니다.”라고 그는 말했습니다. "이미 후보가 있습니다." 마찬가지로 이탈리아 국립 천체 물리학 연구소의 천문학자인 Eros Vanzella는 프로그램을 이끌다 그것은 중력 렌즈 효과를 사용하여 10개 또는 20개의 인구 III 후보 별 덩어리를 연구하는 것입니다. "우리는 지금 데이터를 가지고 놀고 있습니다."라고 그는 말했습니다.

그리고 일부는 감질나게 하는 가능성이 남아 있습니다. 의외로 밝은 은하 초기 우주에서 JWST가 이미 본 것은 거대한 Population III 별 덕분일 수 있습니다. Vanzella는 "이것이 바로 첫 번째 별이 형성될 것으로 예상되는 시대입니다."라고 말했습니다. "다음 주 또는 몇 달 안에 최초의 별이 발견되기를 바랍니다."