最牛望远镜观测恒星老祖先 揭宇宙从"沙漠到花海"

　　浩瀚宇宙中，闪烁着数以亿计的恒星。它们是怎么来的？它们最早的祖先是什么样的？南京大学施勇教授所领衔的国际团队，利用世界上最牛的望远镜，通过对两颗“化石”星系的观测研究，发现恒星的祖先们很稀少，宇宙经历了从“沙漠”到“花海”的过程。因为揭示了130亿年前的宇宙原貌，这项成果昨天在线发表于国际顶级科技期刊《NATURE》(《自然》)杂志上。

　　宇宙是如何演化而来的？

　　施勇团队的研究关于宇宙的起源。首先要搞清楚，我们现在身处的宇宙，是如何演化而来的？施勇解释，理论上说，宇宙大爆炸之后，产生了大量的氢和氦，这些气体随着宇宙膨胀而渐渐冷却，形成了分子云，恒星就是诞生在这些分子云里的。在大约130亿年前，开始形成宇宙第一代和第二代恒星。

　　最初的这些恒星内部剧烈的核聚变反应，把氢和氦合成其他更重的元素(天文学上统称为金属元素)，如碳和氧。部分金属元素通过恒星风和超新星爆发返回到气体中，使得气体中的金属元素含量逐渐增加，于是形成了一代又一代的恒星，直到今天的宇宙。

　　“化石”星系能还原祖先原貌

　　第一代恒星离人类太远太远，即使用最强大的天文望远镜也无法观测。为了还原恒星祖先们的原貌，施勇他们的研究对准了“化石”星系。

　　施勇说，所谓“化石”星系，和自然界的化石具有类似的作用。“我们知道，化石越久远越有价值，因为它没有随时间推移而演化，保留着远古时代的信息。我们正是利用这样的化石星系来研究远古恒星的出生率。”

　　在考古学上，主要是通过测骨头或石头来判断化石的年龄，而对于星系，则是测金属含量，从而判断它的演化程度。金属含量越低，表明演化越少，越接近远古星系。

　　宇宙发展从“沙漠”到“花海”

　　据了解，当今宇宙已知的有100个左右的“化石”星系，而我们的望远镜能看到的寥寥无几。施勇团队这次聚焦的只有两个星系：Sextans A和ESO146-G14。

　　“之所以选中它们，一是离地球较近，分别距离地球大约500万光年和7000万光年，二是它们的亮度较高，利于观测。”施勇向记者展示了这次观测的两个恒星星系图片：一个是方形的，一个是棒槌形的。在对这两个恒星星系进行观测后，施勇他们发现远古恒星的形成效率远低于类银河系星系里的恒星形成效率，如果后者形成一颗恒星要1000万年，那么前者则要10亿年，大约相差100倍，也就是说恒星的祖先们“出生率”很低。

　　施勇向记者展示了两张图，一张是荒漠，一张是开满鲜花的草地。他说：这可以象征宇宙的发展过程：从沙漠到花海。最早的恒星很稀少，但现在仅银河系，就有100亿颗恒星。

　　算恒星“出生率”研究其起源

　　揭示远古恒星的“出生率”，意义何在？施勇介绍，各种理论模型预测气体中的金属元素含量是影响恒星形成关键，在缺乏金属元素以及由这些元素组成的分子和尘埃颗粒情况下，模型预测恒星形成的效率会降低，即单位质量气体在单位时间内只有较少一部分才能转化为恒星，然而这些理论预测一直缺乏有效的天文观测来证实。

　　而这次观测的化石星系，金属元素含量各自只有我们银河系重元素含量的7%和9%，其“出生率”被证实极其低，这从一定意义上为上述理论模型提供了实验数据，这对于星系和恒星起源的研究具有重要的科学价值。

　　你知道吗？

　　最牛望远镜造价10亿欧元

　　却只有3年寿命

　　说到这次研究，不得不提及这个“大功臣”——世界上最强大的远红外空间望远镜。运用它强大的功能，才能完成这些观测工作。

　　据了解，这架望远镜来自欧洲航空局与美国航空局联合建造的赫歇尔天文台，直径3米，造价达到10亿欧元！通过远红外观测，从“化石”星系中观测出恒星的情况，它为这次研究立下了汗马功劳。

　　神奇的是，这架望远镜是飘浮在太空中的，由当时最大的火箭发射升空，而放置的地点也很有讲究。“因为远红外仪器不能受热，所以必须放在太阳照射不到的空间，而且是在太阳和地球引力的平衡之处。”在静静飘浮的3年时间里，这架望远镜不断将信号传送到欧洲接收站的服务器，施勇他们通过细致的数据分析，一步步完成了这项研究。

　　可惜，这架昂贵的望远镜已经“功成身退”，寿命只有3年。施勇说，远红外望远镜必须要适时降温，如果温度升高了，就会影响观测效果，就好比城市夜晚灯光很多会影响星星的亮度一样。所以，望远镜要配冷却液，3年的时间差不多用完，望远镜也就不能再使用了。为什么当时不多装一点冷却液呢？施勇解释，考虑到宇宙飞船的载重量和运输成本，冷却液的多少也是经过精细计算过的。如果给望远镜补给新的冷却液，就要再发射一次宇宙飞船，那成本也太高了！

　　据了解，即将于2018年发射升空的James Webb天文望远镜，造价高达500亿元人民币，寿命也就只有5年。而使用了20多年的哈勃望远镜，先后发射过五次航天飞机上去修补，维修成本也极高。