哈勃望遠鏡發現迄今為止最遙遠的恆星：距離地球90億光年，人類是怎麼看到它的？
來自宇宙的巧合放大了遙遠恆星的微弱光芒
在宇宙中，一個巨大的叫做Lcarus的藍色恆星，是迄今為止人類所見過的最遙遠的恆星。通常情況下，即使是用世界上最大的望遠鏡觀測它，看到的光也非常微弱。
但是，一種特殊的自然現象極大地放大了恆星微弱的光芒，天文學家們利用美國宇航局的哈勃太空望遠鏡精確定位了這顆遙遠的恆星，並設定了新的距離記錄。他們還利用Lcarus來測試暗物質的一個理論，並探測前景星系群的構成。
Lcarus位於一個非常遙遠的螺旋星系中，它的光需要90億年的時間才能到達地球。我們觀測到的光，是它在宇宙約當前年齡的30%時所發出的。
通過引力透鏡發現Lcarus，為天文學家研究遙遠星系中的單個恆星提供了一種新的方式。這些觀測報告提供了一種罕見的、詳細的觀察恆星是如何進化的方法，尤其對於明亮的恆星。
「這是我們第一次看到一個放大的、單獨的恆星，」加州大學伯克利分校博士後和研究負責人帕特里克凱利解釋說，他現在是明尼蘇達大學雙城分校的負責人。「你可以看到外面的單個星系，但這顆恆星的距離至少是我們可以研究的下一個普通恆星的100倍，除了超新星爆炸之外。」
引力是一種自然的宇宙透鏡
使這顆恆星可見的宇宙現象叫做「引力透鏡效應」。來自巨大的前景星系群的引力在太空中發揮著天然透鏡的作用，它能夠彎曲和放大光線。有時，來自單個背景對象的光線會多個出現影像。光線被高度放大，使極其微弱和遙遠的物體明亮到足以被人類觀測到。
引力透鏡作用示意圖
在Lcarus的例子中，這個天然的「放大鏡」是由MACS J1149+2223星系團創造的。距離地球約50億光年的這個巨大星系群位於地球和包含遙遠恆星Lcarus的星系之間。天文學家將這種引力透鏡的優點與哈勃的高解析度和靈敏度結合來觀察並研究Lcarus。
這支研究隊伍——包括西班牙的何塞迭戈，以及哥倫比亞南卡羅來納大學的史蒂芬羅德尼把它命名為被稱為「伊卡洛斯」，這位希臘神話人物由於和太陽飛得太近，翅膀上的羽毛和蠟融化了。（它的官方名稱是MACS J1149+2223 Lensed Star 1）就像伊卡洛斯一樣，這位背景恆星只有短暫的榮耀，就像從地球上看到的那樣：它的真實亮度會瞬間飆升至原有的2000倍。
模型顯示，巨大的光亮可能來自於恆星的引力放大。在前景星系群中，恆星在Lcarus前面移動時，由於前景星團的質量與太陽的質量相似，恆星的光通常會被放大約600倍。
Lcarus的特點
這支團隊一直在用哈勃望遠鏡監測遙遠的螺旋星系中的一顆超新星。在2016年，他們發現了一個離放大的超新星不遠的新光點，從新來源的位置來看，他們推斷它應該比超新星被放大得更多。
恆星Lcarus的亮度是太陽的幾十萬倍
當分析來自這個物體的光的顏色時，他們發現它是一顆藍色的超級巨星。這種類型的恆星比太陽的質量更大，溫度更高，甚至本身可能比太陽亮幾十萬倍。但是在這個距離上，如果沒有引力透鏡的放大，即使用哈勃望遠鏡，我們也很難觀測到它。
那麼凱利和他的團隊是如何知道伊卡洛斯不是另一顆超新星的呢？「來源沒有變熱，所以這不是爆炸，但光被放大了。」凱利說，「這就是你期望引力透鏡做到的事。」
尋找暗物質
探測到一個單一的、精確的背景恆星的放大，為測試星團中暗物質的性質提供了獨一無二的機會。暗物質是一種無形的物質，構成了宇宙的大部分質量。
通過探測前景星團中的漂浮物，科學家們測試了關於暗物質的一個理論，即暗物質可能主要由大量的原始黑洞組成，這些黑洞形成於宇宙誕生時，其質量是太陽的數十倍；但測試結果推翻了這個假說。由於來自背景恆星的光的波動，在用哈勃望遠鏡監測的13年間，如果有黑洞的介入，情況看起來就會不同。
美國宇航局的詹姆斯韋伯太空望遠鏡發射升空後，天文學家們希望能找到更多像Lcarus這樣的恆星。具有非凡靈敏度的韋伯望遠鏡將會測量更多的細節，比如這些遙遠的恆星是否在旋轉。這种放大的恆星很有可能被再次發現。
哈勃太空望遠鏡
哈勃太空望遠鏡是NASA和歐洲航天局的國際合作項目。位於馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心負責管理望遠鏡；位於馬里蘭州巴爾的摩市的太空望遠鏡科學研究所（STScI）負責哈勃的科學運作。
Credits：HUBBLESITE
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