在宇宙一隅，当宇宙还不到10亿岁时，一颗在当时距离原初银河系40亿光年的恒星发出了耀眼的光芒。这些光在深空中沿着空间结构的方向行进，路途中经过无数大质量天体的弯折，它们历经129亿年，最终在宇宙已经138亿岁时抵达了地球。由于这些光被一个巨大星系团的偶然排列恰到好处地放大，它们被哈勃空间望远镜成功捕捉。而此时，因为宇宙本身惊人的膨胀，这颗恒星也已经被带到了距离我们280亿光年之外的地方。
这个故事听起来好像是背后操纵了某种时空机器的科幻产物，但这正是哈勃最新发布的观测成果。天文学家发现的这颗恒星，是有史以来观测到的最遥远的单颗恒星。它的质量甚至可能达到了太阳质量的500倍。研究已发表在《自然》杂志上。
爱因斯坦预言的宇宙望远镜
当你在深夜仰望星空时，你能看见的所有星星都位于我们的银河系内。即使借助最强大的望远镜，通常情况下，找到的单个恒星大多也都位于我们邻近的星系邻居中。
一般来说，当我们观测遥远的星系时，很多都是来自数十亿颗恒星的混合光芒。比如，2016年，哈勃打破了最遥远宇宙观测距离的纪录，那是一个年轻的初生星系，它的光来自134亿年前，也就是大爆炸后仅4亿年。
哈勃在2016年打破了宇宙最遥远观测的纪录，科学家找到了一个名为GN-z11的年轻星系，它的光来自134亿年前。| 图片来源：NASA
但是，一种被称为引力透镜的奇妙自然现象为我们带来了更多机会。爱因斯坦的相对论所预言的奇迹之一是，质量能让空间本身弯曲。当光靠近大质量物体时，它的路径也会随着弯曲的空间而改变方向。
如果一个大质量物体恰好位于我们和一个遥远的背景光源之间，那么这个物体可能会像透镜一样，将光线偏转并聚焦，从而放大这个光源。通过这种方法，放大数倍的星系经常会被发现。
引力透镜。| 图片来源：L. Hustak, STScI
在一个令人难以置信的宇宙巧合中，WHL0137-08星系团中的星系碰巧以一种特殊的方式排列，从而将一颗恒星的光线聚焦，让来自这颗恒星的光放大了数千倍。
由于罕见地与放大的星系团对齐，这颗恒星直接出现在空间结构中的一处“涟漪”上，或者极其接近它。这处涟漪在光学上被定义为焦散线，它提供了最大程度的放大和增亮。这种效果就好像在一个晴朗的日子里，游泳池表面的波纹在池底形成的亮光的图案。表面的波纹就像透镜一样，让阳光聚焦到最大亮度映照在水底。
这种非常巧合的引力透镜效应，外加哈勃9小时的曝光，使得一个国际天文学家团队最终发现到了这颗恒星的身影。这是我们第一次观测到如此遥远、又如此小的天体。
晨星“埃兰迪尔”
天文学家给这颗恒星起了个绰号，叫作埃兰迪尔（Earendel）。它是个极具诗意的名字，源自古英语，意思是“晨星”或“升起的光”，在北欧等地的神话中都有关于埃兰迪尔的故事，著名文学家托尔金也曾在自己的小说中借用过这个名字。
这个详细的视图突出了埃兰迪尔恒星在时空涟漪（虚线）中的位置，它放大了恒星，使它有可能在接近130亿光年的遥远距离上被探测到。另外，在放大线的两边还显示了一个镜像的恒星群。变形和放大是由位于哈勃和埃兰迪尔之间的一个巨大星系团的质量造成的。星系团的质量极大，它扭曲了空间结构，沿着透镜的边缘，另一侧的天体就会被放大。| 图片来源：Science: NASA, ESA, Brian Welch (JHU), Dan Coe (STScI); Image processing: NASA, ESA, Alyssa Pagan (STScI)
天文学家计算出，这颗恒星的质量至少是我们太阳的50倍，甚至可能达到了500倍，而且它的亮度是太阳的数百万倍。
对这颗恒星的观测本身就是一项惊人的成就，除此之外，它还为研究早期宇宙提供了一种独特的可能性。我们都知道，当我们望向宇宙深空时，同样是在回溯过去。这些极高分辨率的观测让我们有机会了解一些最古老的星系的构成要素。
目前已知的最古老恒星同样来自哈勃的观测，它被昵称为玛土撒拉，于2013年被发现，距离地球约190光年。| 图片来源：Digitized Sky Survey (DSS), STScI/AURA, Palomar/Caltech, and UKSTU/AAO
来自埃兰迪尔的光历经129亿年才最终来到我们这里。当我们看到的这些光从埃兰迪尔发出时，宇宙还不到10亿岁，只有目前宇宙年龄的约6%，用更科学的术语来说是“红移6.2”。科学家会使用红移这个词，是因为随着宇宙的膨胀，来自遥远物体的光线向我们移动时，会被拉伸成更长、更“红”的波长。这是人类目前探测到的最遥远、红移最高的单颗恒星。
之前的纪录保持者来自哈勃于2018年的发现，那是一颗名为伊卡洛斯（Icarus）的恒星，它的光来自约40亿岁的宇宙，也就是目前宇宙年龄的约三分之一时（红移1.5），那时伊卡洛斯的大部分结构已经形成并演化了。相比之下，埃兰迪尔确实是一个更具突破性的纪录。
先前的纪录来自一颗昵称为伊卡洛斯的蓝星，来自伊卡洛斯的光花了约90亿年抵达地球。| 图片来源：NASA, ESA, and P. Kelly (University of Minnesota)
韦布空间望远镜的目标
为了测量埃兰迪尔的亮度，天文学家构建了一个引力透镜的物理模型。光源的确切性质取决于模型，但很多不同的模型都给出了大致相同的答案，让天文学家基本可以确定，这个小亮点实际上就是一颗恒星。
尽管如此，原则上来说，埃兰迪尔仍有可能是不止一颗恒星，比如是非常接近的双星或者其他情况。为此，团队已经申请并获得了韦布空间望远镜的观测时间，有待最终的确认。
未来，韦布将会帮助确认埃兰迪尔是否只是一颗恒星，并量化它是究竟是哪种类型的恒星。韦布甚至有望测量它的化学成分。
研究人员充满希望地表示，很有可能，埃兰迪尔会成为我们已知的宇宙最早一代的恒星之一。
#创作团队：
撰文：Takeko
排版：雯雯
#参考来源：
https://phys.org/news/2022-03-hubble-distant-star-distance-billion.html
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/record-broken-hubble-spots-farthest-star-ever-seen
#图片来源：
封面图：NASA/ESA/Brian Welch (JHU)/Dan Coe (STScI)/Alyssa Pagan (STScI)
首图：L. Hustak, STScI
发表于 2022-3-31 12:14
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