[비즈한국] 2022年，哈勃空間望遠鏡發現了史上最遙遠的一顆獨自閃耀的單星。該星的紅移值被測量為 z=5.926。這意味著它處於宇宙年齡僅有9億年時的模樣。這是在宇宙不到10億歲的稚嫩時期，存在於初期宇宙的最遠古恆星。它距離地球有280億光年之遙。能在如此遙遠的距離捕捉到不是由數千億、數萬億顆恆星組成的星系，而僅僅是一顆星的星光，實屬罕見！這一發現之所以成為可能，是因為該星附近恰好發生了極端而精妙的引力透鏡現象。多虧了正前方巨大的星系團 WHL0137-08 形成的引力透鏡，隱藏在宇宙盡頭的微弱光芒才得以被放大並顯現出來。
在哈勃照片中可以看到一個微弱但被拉得很長的形狀，這就是孕育這顆恆星的母星系。天文學家將其命名為“日出弧（Sunrise Arc）”。因為它就像地球地平線上初升太陽的光芒一樣，呈現出紅色的弧形。對於這顆史上最遙遠的單星候選者，人們賦予了它“埃蘭迪爾”的名字，意為“晨星”。寓意著在宇宙大爆炸後，宇宙黎明時期，這顆星正熠熠生輝。
然而，最近對於埃蘭迪爾的身份出現了新的解讀。令人遺憾的是，埃蘭迪爾可能並非史上最遠的單星。有一種新的可能性被提出：它並非一顆恆星，而是聚集了多顆恆星的星團。埃蘭迪爾似乎不是在宇宙盡頭孤獨閃耀的單星，而是宇宙盡頭剛剛誕生的非常年輕的星團。
恆星和星團的規模截然不同。星團是由數十萬、數百萬顆恆星組成的巨大群體。所以，看著照片分不清這到底是單星還是星團，聽起來可能有些荒謬。但埃蘭迪爾的情況確實如此。因為距離太遠，看起來十分模糊。引力透鏡沿著彎曲的時空讓光路發生扭曲，不僅會使背景宇宙的影像變形，還會產生放大效果，讓本因距離遙遠而黯淡的天體因光線匯聚而顯得更加明亮。然而，在埃蘭迪爾所在的位置，引力透鏡究竟將其亮度放大了多少倍，目前尚不明確。誤差依然非常大。
只有知道引力透鏡將亮度“誇大”了多少，才能透過校正得出該天體的實際亮度。但根據目前的推算，存在兩種觀點：一種認為是本來很暗的恆星因極端的偶然疊加，亮度被放大了4000倍到4萬倍；另一種觀點則認為沒那麼誇張，本來就是一顆較亮的星團，亮度受到了適度的放大。
此後，詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（JWST）也瞄準了埃蘭迪爾。在最初的分析中，天文學家僅進行了影象和光度測量分析。並透過推測引力透鏡對恆星亮度的放大倍數，將埃蘭迪爾的潛在尺寸估算為最大約4000 AU（天文單位）。這意味著它比太陽到地球的距離大4000倍。雖然規模巨大，但也不過是一顆非常大的單星而已。
詹姆斯·韋伯的觀測結果也顯示，埃蘭迪爾可能是一顆非常巨大且明亮的B型恆星。它可能是太初宇宙中剛剛形成、實際上接近第一代恆星的明亮而質量巨大的星體。不過，由於推測的質量和亮度過大，也有人提出它可能是兩顆恆星貼在一起的雙星系統。
然而，最近透過詹姆斯·韋伯更精密的光譜分析，揭示了完全不同的可能性。它既不是單星，也不是耀眼的雙星，而是聚集了更多恆星的原始星團。埃蘭迪爾看起來更像是原始宇宙中誕生的球狀星團。
恆星在單獨存在和聚集存在時，光譜是不同的。當溫度略有差異的恆星聚集在一起時，各自釋放的光譜混合在一起，形成了新的“光譜雞尾酒”。本次分析利用了詹姆斯·韋伯 NIRSpec 的紅外光譜資料，確認了其光譜形態與單星應有的特徵相差甚遠。
在埃蘭迪爾附近，還有填補細長扭曲的“日出弧”星系的小光斑。這些光斑從第一次分析時就被歸類為星團，在此次分析中，直接對比埃蘭迪爾與這些光斑的光譜，發現它們呈現出非常相似的模式。埃蘭迪爾不是單星，而是星團。假設埃蘭迪爾和這些光斑的金屬含量均不足太陽的10%，且是由年齡超過3000萬年的恆星密整合群組成的星團時，觀測到的光譜能夠得到最完美的解釋。
當把最初分析中未考慮的暗物質暈（Dark Matter Halo）加入計算後，埃蘭迪爾的潛在尺寸也發生了巨大變化。與此前認為的4000 AU左右的恆星相比，這次分析顯示埃蘭迪爾可能是直徑達到6.5光年的更大星團。如果埃蘭迪爾本身就是球狀星團，那意味著它本身就是比單星更明亮的天體。根據此次分析，最初推測的引力透鏡效果似乎有些誇大。埃蘭迪爾的亮度並沒有被放大數千、數萬倍，而是放大了約43至67倍。這顯然更加現實。
此次追加分析將埃蘭迪爾的紅移值調整為5.926左右，如果這是準確的，那麼埃蘭迪爾距離地球約為273億光年，比之前所知的280億光年略近一些。當然，它確實依然位於宇宙遙遠的邊緣，但距離上稍稍近了一些。
如果發現它不是最遙遠的恆星而是一個星團，可能會感到有些失望。但在天文學角度來看，事實恰恰相反。它反而成為了追蹤星系和宇宙演化的重要線索。天文學家認為，球狀星團是星系的種子，也是星系演化的化石。在初期宇宙星系形成的過程中，球狀星團最先形成。球狀星團完整地保留了星系誕生之初的化學記憶。就像為了瞭解太陽系的誕生與起源而去探測太陽系邊緣的彗星和小行星一樣，球狀星團是告知星系誕生與起源的線索。
甚至，埃蘭迪爾還原封不動地保留了宇宙大爆炸後不到10億年的遙遠過去宇宙模樣。埃蘭迪爾證明了在宇宙史上首次形成星系的時代，其中已經存在密度非常高的球狀星團。此次推測出的埃蘭迪爾的各項特徵，與模擬實驗預測的嬰兒星團模樣完全一致。
遺憾的是，如果埃蘭迪爾最終被確定不是單星，那麼人類目前發現的最遠恆星頭銜可能會被“哥斯拉（Godzilla）”奪走。是真的，那顆星的名字就叫哥斯拉。哥斯拉是距離約109億光年的一顆恆星，同樣也是透過星系團 PSZ1 G311.65-18.48 產生的引力透鏡發現的。在這個星系周圍可以看到明顯扭曲的星系影象，天文學家從中發現了一顆格外明亮的恆星。它比我們的太陽亮5000萬倍。天文學家為這顆耀眼的恆星賦予了怪獸“哥斯拉”的名字。這顆恆星所在的遙遠星系被稱為“太陽爆發星系（Sunburst Galaxy）”。
然而，最近關於這顆哥斯拉，也和埃蘭迪爾一樣，提出了它是星團而非單星的可能性。最近進行的 VLT 觀測顯示，哥斯拉實際上可能是質量約為太陽數百萬倍、年齡在400萬至600萬年左右的非常年輕的星團。因為它不僅含有透過超新星爆發產生的氧、氮等重元素，連氦的含量也很高，很難將其僅僅視為單星。因此，天文學家傾向於哥斯拉也是多個恆星共同組成的星團這一看法。
最終，可以認為我們目前在100億光年之外的遙遠宇宙中，尚未發現毫無疑問的確定單星。以埃蘭迪爾和哥斯拉為首，雖然我們在偶然發生的戲劇性引力透鏡的幫助下，在遙遠宇宙的黑暗中捕捉到了偽裝成單星的存在，但經過持久的分析，最終一個接一個地被揭示出它們並非單星，而是星團的事實。當然，存在星團意味著組成該星團的恆星們也確實存在。但由於距離太遠，無法分辨組成星團的每一顆單獨的恆星。雖然初期宇宙的星團也是令人興奮的目標，但由於距離太遠，只能將星團視為一個整體。最終，各種恆星的特性混雜在一起，無法逐一辨別初期宇宙恆星的準確特徵。
正因如此，天文學家們才不斷尋找在宇宙盡頭可能依舊耀眼、展現存在感的單星。真正的埃蘭迪爾，宇宙真正的啟明星，尚未向我們展現它的真面目。
參考
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aded93
作者池雄培（音譯）是？熱愛貓咪與宇宙。兒時在看了《銀河鐵道999》後，立下了向世人傳達宇宙之美的夢想。目前擔任世宗大學自由專業學部助理教授，同時進行演講與寫作等多種科學傳播活動。著有《每天一片宇宙》、《星光閃耀的宇宙科學家們》、《雖無法觸及卻能知曉》、《看著宇宙浮現的奇怪問題們》等書籍，並翻譯了《給真正環遊宇宙的搭便車指南》、《我為何殺死了冥王星》、《量子生活》、《Cosmigraphics》等作品。