詹姆斯·韋伯太空望遠鏡放大了宇宙大爆炸後僅4.3億年就出現的星系GN-z11，揭示了宇宙中可能最古老的恒星。

由于詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的觀測，宇宙中存在的第一代恒星的證據已經浮出水面。證據位于已知的最遙遠的星系之一。

這個被命名爲“GN-z11”的星系是2015年由哈勃太空望遠鏡發現的，在詹姆斯韋伯太空望遠鏡發射之前，它被認爲是已知最遙遠的星系。由于紅移爲10.6，所以討論它存在的時間比討論它離我們有多遠更有意義。這是因爲我們看到的GN-z11是大爆炸後4.3億年的樣子，這是由于它發出的光到達我們這個宇宙角落所花費的時間。相比之下，今天的宇宙已有138億年的曆史。

因此，GN-z11是JWST研究的主要目標。現在，兩篇新的論文描述了關于GN-z11的重大發現，揭示了早期宇宙中存在的星系如何生長的重要細節。

GN-Z11是已知的這個紅移最亮的星系，事實上，這已經成爲JWST幾乎經常在早期宇宙中發現的高紅移星系的共同主題。它們中的許多看起來比我們的星系形成模型預測的要亮得多。這些預測是基于宇宙學的標准模型。

現在，JWST的新觀測似乎揭示了正在發生的事情。

由劍橋大學的羅伯托·馬約利諾（Roberto Maiolino）領導的一個天文小組，用JWST的兩個近紅外儀器 —— 近紅外相機（NIRCam）和近紅外光譜儀（NIRSpec）探測了GN-z11。研究人員發現了第一代恒星的證據，即第三星族恒星，以及一個超大質量黑洞，它吞噬了大量物質，並以極大的速度增長。

科學家們可以根據一顆恒星的重元素豐度來計算它的年齡，這些重元素可能是由前幾代恒星形成的，這些恒星在生存和死亡後將這些重元素噴射到太空中，最終在恒星形成區域被回收，形成新的恒星體。在過去的五六十億年中形成的最年輕的恒星被稱爲第一星族恒星，它們的重元素含量最高。我們的太陽是一顆第一星族星。較老的恒星含有較少的重元素，因爲在它們之前的恒星世代較少。我們稱這些恒星爲第二星族，它們生活在銀河系最古老的區域。

然而，到目前爲止，第三星族恒星一直是純粹的假設。

它們可能是第一批形成的恒星，因爲在它們之前沒有其他恒星，所以它們不含重元素，只由大爆炸期間形成的原始氫和氦組成。這些最初的恒星也被認爲非常明亮，質量至少相當于幾百個太陽。

雖然，天文學家還沒有直接看到第三星族的恒星，但羅伯托·馬約利諾的團隊在GN-z11中發現了它們存在的間接證據。NIRSpec在GN-z11邊緣附近觀察到一團電離氦。

羅伯托·馬約利諾在一份聲明中說：“除了氦，我們沒有看到其他任何東西，這表明這個團塊一定是相當原始的。這是理論和模擬所期望的，在這些時代的特別大的星系附近，應該有原始氣體的口袋存在于光環中，這些可能會崩潰並形成第三星族恒星。”

這些氦氣正在被一些産生大量紫外線的東西電離，這些東西被推斷爲第三星族的恒星。觀測到的氦很可能是這些恒星形成時的剩余物質。電離所有這些氣體所需的紫外線總量需要大約60萬個太陽質量的恒星，它們的總亮度是太陽的20萬億倍。這些數據表明，像GN-z11這樣的遙遠星系，可能比現代宇宙中的星系更擅長形成大質量恒星。

與此同時，根據第二組結果，羅伯托·馬約利諾的團隊還發現了證據，證明在GN-z11的中心存在一個200萬太陽質量的黑洞。

研究小組還探測到一股強大的輻射從圍繞黑洞旋轉的物質吸積盤中流出，以及通常在吸積黑洞附近發現的電離化學元素。該團隊表示，這是迄今爲止發現的最遙遠的超大質量黑洞，其貪婪的食欲導致其吸積盤變得致密和熾熱，並發出明亮的光芒。研究人員認爲，這一點與第三星族恒星相結合，是GN-z11如此明亮的原因，而不會像一些人過早地聲稱的那樣打破標准宇宙學。

關于電離氦團和III星族恒星的研究，已經被接受發表在《天文學與天體物理學》雜志上，可以找到預印本。與此同時，關于NIRCam對黑洞觀測的研究發表在1月17日的《自然》雜志上。

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