韋伯望遠鏡捕捉早期宇宙異常劇烈的超新星爆發

近期團隊利用韋伯太空望遠鏡，觀測到早期宇宙星系一顆質量約太陽 20 倍的恆星發生超新星爆發，這是目前所知爆發時間最早、距離最遙遠的超新星之一。超新星編號為 AT 2023adsv，爆發於與宇宙誕生後約 20 億年，也就是距今約 114 億年前。此發現為研究早期宇宙恆星演化提供關鍵線索，與現今宇宙超新星比較，超新星 AT 2023adsv 爆發異常劇烈，這和早期宇宙第一代恆星的特性密切相關。

▲ 左為藝術家描繪超新星AT 2023adsv爆發想像圖，右為2022 年和2023年韋伯望遠鏡觀測到的超新星AT 2023adsv影像。（Source：Robert Lea (created with Canva) / NASA / ESA / CSA / STScI / JADES Collaboration）

早期宇宙恆星與超新星的獨特性

早期宇宙的星際物質主要由氫氦組成，僅含極少量比氫氦更重的元素（天文學稱為「金屬」）。這種星際物質環境形成第一代恆星，即所謂第三族恆星（Population III）。它們質量非常大、溫度極高，此類恆星演化過程，以核融合反應製造宇宙第一批比氫氦更重的元素。當它們耗盡燃料後，核心就塌縮形成中子星或黑洞，超新星爆發則將外層富含金屬的物質以高速噴射，並將重元素播撒至星際物質，使金屬含量高於第一代的第二族恆星（Population II）誕生。如此不斷循環，最終促成金屬含量更高的第一族恆星（Population I）誕生，包括我們的太陽。經團隊研究之後，發現由第一代恆星產生的超新星爆發，規模和能量與目前所知的超新星爆發有明顯差異。

▲ 藍綠色圈為團隊用韋伯太空望遠鏡發現超新星爆發的位置。（Source：NASA / ESA / CSA / STScI / JADES Collaboration）

超新星AT 2023adsv的特殊性

AT 2023adsv組成顯示爆發恆星誕生於極度缺乏金屬的早期宇宙環境，爆發能量約為現今大質量恆星超新星爆發的兩倍，揭示早期宇宙的超新星特性可能與現今宇宙不同。此恆星初始質量高達太陽20倍，如此巨大的恆星在當代宇宙極為罕見。

▲ 韋伯太空望遠鏡在宇宙早期星系發現紅位移值為3.6的超新星AT 2023adsv，顯示爆發時間約宇宙誕生後20億年。（Source：NASA / ESA / CSA / STScI / JADES Collaboration）

探索早期宇宙超新星的未來展望

團隊迄今於早期宇宙觀測到80多顆超新星，為早期宇宙星系與恆星演化提供關鍵數據。成員指出，數據不僅數量可觀，且涵蓋距離極為遙遠，讓研究員得以追溯至宇宙最早恆星誕生時期。接下來美國太空總署計畫2026年發射羅曼太空望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope），寬廣視野能有效發現數千顆早期宇宙超新星，進一步提供韋伯望遠鏡新觀測目標。

團隊表示，AT 2023adsv產生的高能量爆發，可能和早期宇宙超新星獨特物理特性有關，未來需要更多觀測驗證假設。觀測數據漸漸累積後，天文學家就能逐步拼湊出早期宇宙的恆星演化史。