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诞生于129亿年前恒星,离我们280亿光年,真有超光速运动?

2022年3月30日,英国《自然》杂志上刊登了一项哈勃望远镜的最新研究结果,美国哈勃望远镜借助“引力透镜”效应发现了人类迄今为止观测到的最遥远单颗恒星,距离地球约280亿光年。这颗新恒星被命名为为Earendel,该词来自古英语,意为“晨星”。

这颗恒星大约诞生于129亿年前,宇宙大约诞生于138亿年前,这离宇宙大爆炸的时间很近,这令人振奋,因为它不仅是人类迄今发现的最遥远的单颗恒星,也是最古老的单颗恒星。

哈勃太空望远镜发射于1990年,从发射之日算起,它现在已经服役30多年了。期间经历了5次太空维修,最后一次维护任务是2009年5月份。虽然它的继任者韦伯太空望远镜已经成功上天并正常工作,但哈勃望远镜估计还能发挥余热坚持到2025年左右。此次哈勃望远镜发现迄今最遥远的单颗恒星,这只是它众多重大发现中的一个小插曲。

科学家估计,Earendel的质量至少是太阳的50倍,亮度是太阳的数百万倍,是一颗很大的极其明亮的恒星,不然我们也不可能在上百亿光年外看见它。Earendel大约诞生于129亿年前(注意是诞生于129亿年前,并不是它的年龄是129亿年),如果它真的是一颗超大质量恒星,寿命可能只有十多亿年,现在应该已经不存在了。

Earendel就像一台时光机,它诞生于极早期的宇宙,它的组成成分可能与我们周围的恒星不同,

美国霍普金斯大学的研究人员布赖恩・韦尔奇表示,对它的研究或许会成为揭开早期宇宙秘密的一扇窗。

Earendel的光用了129亿年时间才到达地球,假设它现在还存在,那么它与我们的距离大约为280亿光年。这意味着这些光用了129亿年的时间,走过了280亿光年的距离,显然这超光速了!

根据爱因斯坦的相对论,物体运动速度的极限是光速,大约30万公里每秒。Earendel诞生于129亿年前,它发出的光按理说只能传播129亿光年,可实际距离却多了151亿光年,这是怎么回事?

宇宙膨胀和大爆炸

实际上,Earendel发出的光的传播速度并没有变,它用129亿年的时间走过了280亿光年的距离,是因为宇宙空间在膨胀,让我们误以为传播速度超光速了,这其实是宇宙膨胀与光的传播相互叠加后所产生的效果。

一个膨胀的宇宙是动态的,这说明早期宇宙中的物质密度很大,科学家也是这么想的,因此伽莫夫等人提出了宇宙大爆炸理论,认为宇宙诞生于138亿年前的一次爆炸,在这之前宇宙还只是一个奇点。

宇宙大爆炸理论的提出,源于美国天文学家爱德温・哈勃在上世纪20年代的天文观测,他发现银河系外的星系都在远离我们,并且离我们越远的星系远离我们的速度越快。在此之前人们普遍认为宇宙是静态的,宇宙的大小是恒定的。如果说只是星系在运动,那么除了有星系远离我们,也必然会有星系靠近我们,可实际上并没有。哈勃的这一观测结果成为了支持宇宙大爆炸的有力证据之一。为了纪念他的成就,哈勃望远镜就是以他的名字命名的。

上世纪60年代,美国人彭齐亚斯和威尔逊发现了大爆炸残留的余热――宇宙微波背景辐射,而这符合大爆炸理论所做出的理论预测。这一发现让他俩获得了诺贝尔奖。此外,宇宙中氦元素的丰度,也是大爆炸理论的有力证据之一。

其实,在宇宙诞生不久后的极短时间内,宇宙空间曾发生过剧烈的膨胀,体积呈指数式增长,这一过程被称之为暴涨。上世纪90年代,科学家还发现,宇宙正在加速膨胀,这一转变大约发生在40亿年前,研究人员也因此获得了诺贝尔奖。

宇宙空间各向同性,处处都在膨胀,根据观测,距离每增加326万光年,星系的退行速度就会增加67.8千米每秒。据此可知,大约在140多亿光年外的地方,那里的天体远离我们的速度已经超过了光速。

宇宙不仅在膨胀,而且膨胀速度甚至超越了光速,不过这并不违反光速不变原理,因为这是空间的膨胀,并不涉及物质的运动,那些遥远的星系在以超光速远离我们,可它们的实际运动速度并没有超光速。银河系是比较古老的星系,Earendel现在看起来距离我们280亿光年,在很早的时候它距离银河系应该只有几十亿光年。

并且,根据宇宙大爆炸理论,宇宙中最早的一批恒星诞生于发生大爆炸的2亿年后,也就是说Earendel并不是最古老和最遥远的恒星。不过,哈勃太空望远镜的极限观测能力差不多就止步于此了,那些距离我们更遥远更古老的恒星,需要韦伯望远镜来进行观测。

好了,就讲到这儿,关注我,咱们下次见。