MACS J1149 Lensed Star 1 (恒星)
· 描述:被引力透镜放大的遥远恒星
· 身份:一颗通过引力透镜效应观测到的蓝超巨星,距离地球约140亿光年
· 关键事实:昵称“伊卡洛斯”,是当时观测到最遥远的单一恒星,其亮度被星系团引力透镜放大了数千倍。
MACS J1149 Lensed Star 1:被引力“拉近”的宇宙信使——140亿光年外的“伊卡洛斯”传奇(第一篇)
——从引力透镜到早期宇宙,一颗蓝超巨星的“时空穿越”
一、宇宙的“放大镜”:当我们用引力“看”更远
在人类探索宇宙的历程中,“看得更远”始终是最朴素的执念。从肉眼的“北斗七星”到伽利略的望远镜,从哈勃的深场照片到韦伯的红外视界,我们一步步突破视觉的边界——但宇宙的浩瀚远超想象:140亿光年外的星光,即便用最先进的望远镜,也只是一个模糊的光斑,淹没在星系的海洋里。
直到引力透镜的出现,人类终于拥有了“宇宙放大镜”。
根据爱因斯坦的广义相对论,大质量天体会弯曲周围的时空,就像重物压在弹簧床上,让经过的光线发生偏折。如果一个星系团的质量足够大,它就能像“凸透镜”一样,将背后的天体光线聚焦、放大,让原本不可见的遥远恒星,变成望远镜中可捕捉的亮点。
2018年,哈勃空间望远镜的 Frontier Fields 计划(前沿场计划)捕捉到了这样一个“奇迹”:在MACS J1149星系团的“透镜”后面,一颗恒星的光芒被放大了约倍,从背景的噪声中“跳”了出来。天文学家给它起了个浪漫的昵称——伊卡洛斯(Icarus),源自希腊神话中飞得太靠近太阳的少年,而此刻,这颗恒星正被引力透镜“拉”到我们眼前,像一封来自140亿年前的“宇宙信件”。
二、MACS J1149:引力透镜的“超级放大镜”
要理解伊卡洛斯的“可见”,必须先认识它的“幕后推手”——MACS J1149星系团(MACS J1149+2223)。
这是一个位于室女座超星系团的巨型星系团,距离地球约48亿光年( redshift z≈0.54)。它的质量相当于101?倍太阳质量(是银河系质量的1000倍),由数千个星系、暗物质和高温等离子体组成。如此巨大的质量,让它成为宇宙中最强大的“引力透镜”之一——其引力场能将背后天体的光线偏折,形成多个放大的像,甚至扭曲成弧状(爱因斯坦环)。
天文学家早在2001年就通过哈勃望远镜发现了MACS J1149的引力透镜效应:它将背景星系的光线拉伸成巨大的弧,亮度提升了数十倍。但直到2018年,他们才注意到透镜后方一个异常明亮的小点——这个点的亮度远超普通星系的光点,光谱分析显示,它是一颗单一恒星,而非星系或星团。
这就是伊卡洛斯的诞生。
三、伊卡洛斯的“身份卡”:140亿光年外的蓝超巨星
伊卡洛斯的“真面目”,藏在其光谱数据里。
哈勃望远镜的宇宙起源光谱仪(COS)和宽场相机3(WFC3)对它进行了长达数月的观测,最终确认:这是一颗蓝超巨星(Blue Supergiant,BSG),光谱型为O9.5Ib(O型超巨星,温度约K,亮度是太阳的100万倍)。
(1)物理参数:宇宙中的“炽热巨兽”
质量:约20-30倍太阳质量(M☉)——这是大质量恒星的典型质量,足以在短时间内燃烧殆尽;
半径:约15倍太阳半径(R☉)——比参宿七(猎户座β,蓝超巨星)略小,但仍能装下1000个地球;
温度:K——比太阳高1.5倍,表面呈现明亮的蓝色,是宇宙中最炽热的恒星类型之一;
距离:约140亿光年( redshift z≈1.49)——这意味着我们看到的光,来自宇宙大爆炸后约40亿年(宇宙年龄彼时仅为现在的1/3)。
(2)演化阶段:即将谢幕的“恒星贵族”
蓝超巨星是大质量恒星演化后期的阶段:它们诞生于分子云,以O型主序星的身份燃烧氢(寿命仅约200万年),随后进入红超巨星阶段,最终会爆炸成核心坍缩超新星(Type II SN),留下中子星或黑洞。
伊卡洛斯的年龄约为3000万年——这在恒星演化中只是“弹指一挥间”。它的核心已经耗尽了氢,正在燃烧氦,外层的氢壳层仍在剧烈膨胀。按照这个速度,它会在未来100万年内爆炸,结束自己短暂而辉煌的一生。
四、引力透镜的“魔法”:为什么是伊卡洛斯?
伊卡洛斯能被我们看到,纯属“运气”——或者说,是引力透镜的“精准放大”。
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