近期研究團隊利用韋伯太空望遠鏡,在早期宇宙的星系中觀測到一顆質量約為太陽20倍的恆星發生超新星爆發,這是目前所知爆發時間最早、距離最遙遠的超新星之一。此超新星編號為AT 2023adsv,爆發於與宇宙誕生後約20億年,也就是距今約114億年前。此發現為研究早期宇宙中的恆星演化提供了關鍵線索。研究顯示與現今宇宙中的超新星比較,超新星AT 2023adsv的爆發異常劇烈,這和早期宇宙中第一代恆星的特性密切相關。
圖說:圖左為藝術家筆下展現的超新星AT 2023adsv爆發想像圖,圖右為2022 年和2023年韋伯望遠鏡觀測到的超新星AT 2023adsv影像。圖片來源:Space.com
早期宇宙中恆星與超新星的獨特性
早期宇宙的星際物質主要由氫、氦組成,僅含有極少量比氫、氦更重的元素(天文學稱為「金屬」)。在這樣的星際物質環境中形成了第一代恆星,即所謂的第三族恆星(Population Ⅲ)。它們質量非常大、溫度極高,此類恆星於演化過程中,藉由核融合反應製造出宇宙中第一批比氫、氦更重的元素。當它們耗盡自身的燃料後,核心將塌縮形成中子星或黑洞,而超新星爆發則將外層富含金屬的物質以高速噴射出去,並將這些重元素播撒至星際物質中,促使金屬含量高於第一代的第二族恆星(Population Ⅱ)誕生。如此不斷迴圈,最終促成金屬含量更高的第一族恆星(Population Ⅰ)誕生,包括我們的太陽。經團隊研究之後,發現由第一代恆星產生的超新星爆發,規模和能量與目前所知的超新星爆發有明顯的差異。
圖說:藍綠色圈所標示,是研究團隊利用韋伯太空望遠鏡發現超新星爆發的位置。影像來源:NASA、ESA、CSA、STScI、JADES Collaboration
超新星AT 2023adsv的特殊性
AT 2023adsv的組成顯示爆發的恆星誕生於極度缺乏金屬的早期宇宙環境,爆發所產生能量約為現今大質量恆星產生超新星爆發的兩倍,揭示了早期宇宙的超新星特性可能與現今宇宙中的有所不同。此外,此恆星的初始質量高達太陽的20倍,而如此巨大的恆星在當代宇宙中極為罕見。
圖說:韋伯太空望遠鏡在宇宙早期星系中發現了紅位移值為3.6的超新星AT 2023adsv,顯示它的爆發時間約為宇宙誕生後20億年。影像來源:NASA、ESA、CSA、STScI、JADES Collaboration
探索早期宇宙超新星的未來展望
研究團隊迄今已於早期宇宙中觀測到80多顆超新星,這些爆發為早期宇宙的星系與恆星演化提供關鍵資料。團隊成員指出,這些資料不僅數量可觀,且涵蓋的距離極為遙遠,讓研究人員得以追溯至宇宙中最早的恆星誕生時期。接下來美國太空總署計畫於2026年發射羅曼太空望遠鏡(Nancy Grace Roman Space Telescope),寬廣的視野估計能有效地發現數千顆位於早期宇宙中的超新星,如此也能進一步提供韋伯望遠鏡新的觀測目標。研究團隊表示,AT 2023adsv產生的高能量爆發,可能和早期宇宙的超新星擁有獨特的物理特性有關,未來需要進行更多觀測來驗證此項假設。隨著觀測資料不斷累積,天文學家將能逐步拼湊出早期宇宙的恆星演化歷史。(編輯/蔡承穎)
資料來源:Live Science
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