天文學家發現了有史以來最古老、最遙遠的超新星

當恆星耗盡燃料時，可能會發生像這張插圖所示的爆炸。天文學家每年都會觀察到數以千計的恆星爆炸，但大多數都距離地球相當近。韋伯太空望遠鏡的最新數據，捕捉到早期宇宙的大量超新星，大幅增加了我們所記錄的古代超新星爆炸數量。ILLUSTRATION BY MEHAU KULYK, SCIENCE PHOTO LIBRARY

觀察遙遠的超新星就像回顧歷史，這些爆炸讓天文學家得以一窺我們的宇宙在數十億年前的樣貌。現在，天文學家發現了比先前還要多10倍的遠距離超新星，其中還包括了迄今觀測到最古老和最遙遠的超新星。

這些發現源自美國航太總署（NASA）詹姆斯．韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）的最新數據。今年6月，天文學家在威斯康辛州麥迪遜市舉行的美國天文學會（American Astronomical Society ）會議上宣布，在分析了韋伯太空望遠鏡所拍攝的影像後，發現在一小片天區中就有約80顆超新星。許多超新星比先前已知的還要更遙遠，當時的宇宙相當年輕，只有約20億年的歷史。

望遠鏡是尋找宇宙中這種遙遠光點的理想工具。參與這項新研究的馬里蘭州巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所（Space Telescope Science Institute）天文學家賈斯汀．皮埃爾（Justin Pierel）表示：「韋伯是台大型望遠鏡，集光面積比哈伯太空望遠鏡大了將近10 倍。韋伯太空望遠鏡除了能看到更廣闊的天區之外，對超新星的較長波長也更為敏感。「我們知道有這些黯淡遙遠的超新星存在，但我們之前無法看到它們。」皮埃爾說。

天文學家利用韋伯太空望遠鏡的數據，識別出約80個亮度隨時間變化的天體（綠色圓圈）。這些瞬變天體大多是恆星爆炸或超新星，而且這些恆星在宇宙只有20億年左右的歷史時，就發生了爆炸。PHOTOGRAPHS BY NASA, ESA, CSA, STSCI, JADES COLLABORATION

韋伯望遠鏡的較大尺寸和較高靈敏度，讓它得以觀測到其他望遠鏡無法探測的天體。「我很高興能從韋伯太空望遠鏡的數據撿回這些超新星。」並未參與此一研究的哈佛大學天文學家埃多．伯格（Edo Berger）如此表示。這些新數據增加了宇宙歷史不同時期恆星爆炸的紀錄。伯格指出，雖然在一小片天區中發現約80顆遙遠超新星的意義重大，「這仍然只是廣域與窄域探測每年所發現超過1萬顆超新星的一小部分。」但這其中有許多超新星都較年輕、且距離地球更近，而韋伯這次發現的意義在於揭示更遠處的超新星，代表了宇宙歷史更早的時期。

窺視過往

為了找到更遙遠、更古老的超新星，研究人員比較了韋伯在一年內拍攝的多張影像。天文學家尋找影像中出現或消失的光源，也就是所謂的的瞬變光源。他們不僅找到了數十顆超新星，而且光源的性質顯示超新星爆炸的時間早於現在數十億年之久。

韋伯能藉助名為「宇宙紅移」（cosmological redshift）的現象來探測超新星。當光線穿越太空時，波長會像太妃糖一樣被拉長。光的波長變得更長，因此移到光譜的紅外線部分──雖然無法以肉眼看見，但能藉由配備合適設備的望遠鏡觀測到。

不同的紅移特徵對應了宇宙歷史上的不同時期，目前的紅移值是零，而紅移值越高就代表超新星的年紀越老。因此，當紅移值為2時，表示超新星誕生於宇宙大約33億歲時，而其中一顆新發現的超新星紅移值為3.6，這是宇宙約18億歲的時候。這表示這顆古老的超新星已有120億年的歷史，是迄今發現最古老的超新星。這些數據讓我們得以一窺在地球存在之前很久的宇宙是什麼樣貌。「宇宙已有近140億年的歷史，但這些超新星爆炸時宇宙只有數十億歲，相當於人類的青少年時期。」皮埃爾說。