天文物理学家发现了一种独特的寻找第一颗恒星的方法

香港大学物理系戴立忻教授领导的研究小组最近发现了一种新方法，用于探测从未被直接观测到的第一代星球，即人们所知的III类星（Pop III stars）。这项研究已经受到国际天文学界的广泛认可，得到了美国宇航局望远镜科学研究所的重点关注。这些关于Pop III星球的潜在发现有望揭示宇宙起源的秘密，并深入了解从原始宇宙到今天我们所居住的世界的非凡历程。他们的研究成果最近发表在《天体物理学通讯》上。

宇宙大爆炸后不久，由氢和氦主要组成的第一代星球开始形成。这些第一代星球Pop III的性质与我们自己的太阳或者甚至是今天正在形成的星球非常不同。它们异常炽热，规模庞大，质量巨大，但寿命很短暂。Pop III星球是合成我们今天周围大多数比氢和氦更重的元素的第一个工厂。它们对于形成后代星球和星系也非常重要。然而，到目前为止还没有令人信服的直接发现Pop III星球，因为这些在早期宇宙中形成的星球离我们非常遥远，对地面或太空中的任何望远镜来说都过于微弱。

香港大学的科学家首次发现了一种新方法，用于探测早期宇宙中这些第一代星球。香港大学物理系戴立忻教授领导的研究小组最近提出，如果Pop III星球漫游到大质量黑洞附近，可能会被潮汐力撕裂成碎片。在这种潮汐撕裂事件（TDE）中，黑洞将吞噬恒星碎片并产生非常明亮的耀斑。研究人员调查了涉及的复杂物理过程，并证明这些耀斑可以照耀数十亿光年之遥，以至今达到我们。更重要的是，他们发现这些TDE耀斑的独特特征可以用来识别Pop III星球的存在并了解它们的性质。

项目负责人、该论文的通讯作者戴立忻教授表示：“随着高能光子从遥远距离传播，由于宇宙的膨胀，耀斑的时间尺度将被拉伸。这些TDE耀斑将在非常长的时间内上升和衰减，这使它们与附近宇宙中太阳型恒星的TDE有所区别。”物理系香港大学博士后研究员、该论文的第一作者Dr Rudrani KAR CHOWDHURY进一步补充道：“有趣的是，不仅耀斑的时间尺度被拉伸，其波长也是如此。通过观测，地球上会看到TDE发出的光从光学和紫外线转换为红外辐射。”

更令这一发现变得更加令人兴奋的是，两个美国宇航局旗舰任务，最近发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）和即将推出的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜（Roman），具有观测远距离红外辐射的能力。耶鲁大学天文物理系的合著者Priya NATARAJAN教授提到：“罗曼望远镜同时能够观测到大片天空并深入早期宇宙的独特能力，使其成为探测这些Pop III TDE耀斑的有希望的探测器，这将间接发现Pop III星球。”香港大学物理系的博士生、该论文的合著者Janet CHANG补充道：“如果采取正确的观测策略，我们预计罗曼每年将探测到数十起这样的事件。”有了这些发现，未来十年有望显著潜力，可以识别这些独特的源，从而带来关于Pop III星球的激动人心的发现，并揭开宇宙起源的神秘。