最远的恒星

美国《自然》杂志近日刊载的一篇文章称，哈勃太空望远镜取得了一项重大发现，它观测到了目前已知的最远的恒星，其目前距离地球280亿光年，这颗恒星发出的光用了129亿年的时间才来到地球。我们知道光速是宇宙中最快的速度，可这颗恒星发出的光在129亿年的时间里，却行进了280亿光年的距离，这不是意味着它的速度已远超光速了？哈勃又是如何发现如此之远的恒星的？别急，本期，牙牙带你走进神秘的宇宙。

什么是恒星

恒星是宇宙中的基本组成单元，它们点亮了黑暗的宇宙，我们的太阳也是一颗恒星。数以亿计的恒星在引力的作用下，聚集形成跨度几万至几十万光年的结构——星系，星系又进一步形成巨大的宇宙星系网络。

恒星是由大量的氢和氦组成的等离子体球，其寿命直接取决于质量，质量越大的恒星，核聚变反应越剧烈，消耗燃料的速率越快，寿命就越短。那些质量超过太阳100倍的恒星，它们的寿命只有几百万至几千万年;质量为太阳数倍的恒星，它们的寿命通常为几亿年;像太阳这样的恒星，寿命可长达100亿年;而宇宙中质量最小的一类恒星——红矮星，它们的质量不到太阳的一半，寿命则可达上千亿年，甚至上万亿年。

大质量恒星是宇宙中至关重要的存在。在138亿年前，宇宙大爆炸时，只产生了氢和氦两种元素，其他的元素几乎不存在。大质量恒星诞生后，通过核聚变以及超新星爆发，才合成了各种元素。组成人体的很多元素其实都来源于大质量恒星，所以，人们常说的“我们都是星尘”，是有科学根据的。

哈勃的神秘武器

由于大质量恒星的寿命很短，而宇宙诞生至今已有138亿年，早期宇宙中的大质量恒星如今早已不在了。因此，为了研究那些大质量恒星，我们只有把目光望向深邃的宇宙，因为光速有限，只要我们看得足够远，就能看到足够早时间的宇宙，从而看到早期宇宙中的大质量恒星。

但与星系相比，恒星的尺寸要小很多，而且也要暗淡很多。早期宇宙中的恒星发出的光来到现在，已经极度衰弱，就连强大的哈勃太空望远镜都无法看到那些微弱的星光。事实上，以哈勃的解析能力，最远只能分辨出1亿光年外的单一恒星。那么，哈勃这次是如何观测到如此遥远的恒星的？

哈勃的秘密武器其实是爱因斯坦预言的一种现象——引力透镜效应。简单来说，就是有质量的物体会扭曲周围的时空，质量越大越密集的天体，周围时空的扭曲效应越强烈，因此，质量巨大的星系团能强烈扭曲附近的空间。位于星系团背后的遥远天体发出的光到达星系团附近时，会被弯曲空间扭曲，这时，星系团就像放大镜一样扭曲和放大了背景天体的图像，这就是引力透镜效应。

在哈勃此次最新观测到的引力透镜效应中，前景天体WHL0137-08是一个巨大的星系团，它目前距离地球69亿光年。在其背后遥远的宇宙中，有一个星系与它、地球三者刚好完美排成一条直线，那个遥远的星系的图像被WHL0137-08的强大引力所扭曲，形成一条长长的弧线，于是，天文学家便通过这个畸变的图像，辨认出了一颗单一的恒星（也有可能是双星系统）。天文学家将这颗恒星称为WHL0137-LS，也称为“埃兰迪尔”（该词在古英语中意为“冉冉升起的星星”，或者“晨星”）。

天文学家通过分析估算，认为埃兰迪尔的质量至少是太阳的50倍，甚至可能达到500倍，它向外释放出巨大的能量，光度高达太阳的几百万倍。虽然这颗大质量恒星非常亮，但星光穿过上百亿光年的距离后，将会极度衰减，原本不可能被哈勃直接观测到。但在强大的引力透镜效应的作用下，埃兰迪尔的亮度被放大了几千倍，这才让哈勃直接观测到它。

神奇的宇宙膨胀

经过分析，埃兰迪尔发出的光用了129亿年才来到地球，这意味着它所处的宇宙当时年龄只有9亿年。那时，这颗恒星所在的星系与当时的原始银河系相距大约40亿光年。但它发出的光用40亿年的时间根本到达不了银河系，这是因为宇宙在膨胀。

天文学家通过研究，认为整个宇宙空间都在膨胀。相距越远的星系，它们之间的空间在单位时间内膨胀越多，所以星系之间相互退行速度（简单理解就是各自向后退，拉开彼此间的距离的速度）也越快。因此，埃兰迪尔发出的光用了129亿年的时间才来到银河系，而非40亿年。

由于過去上百亿年来，宇宙空间一直在不断膨胀，并且50亿年前，在暗能量的作用下，宇宙空间开始加速膨胀，这导致埃兰迪尔所在的那个星系目前已经退行到280亿光年外，在129亿年的时间里退行了240亿光年。虽然它的退行速度达到了光速的1.86倍，远超光速，但这是由空间膨胀造成的，并非它真正的速度。事实上，星系自身在宇宙中的运动速度并不快，例如，仙女座星系相对于银河系的运动速度仅约为110公里/秒。

目前的可观测宇宙半径已经膨胀到465亿光年，所以埃兰迪尔所在的那个星系所处的位置远不是宇宙的尽头。事实上，我们根本不知道宇宙究竟有没有尽头，因为465亿光年外的不可观测宇宙究竟有多大，没人知道。

埃兰迪尔是人类目前发现的最远的单一恒星，但要深入了解这颗恒星的性质，还需要借助更加强大的詹姆斯·韦伯太空望远镜。作为人类有史以来最强的太空望远镜，韦伯目前还在调试当中，只对太阳系附近的恒星进行观测。相信，等到韦伯全部调试完成之后，天文学家将会了解到埃兰迪尔更多的秘密，能更深入地研究早期宇宙恒星的性质。

（本文根据DillanQiu发表的相关文章整编。）