天文學家可能低估宇宙中恆星數量美國太空總署明日發射火箭資助研究

宇宙中的恆星數量令人難以置信，但是天文學家的最佳估計可被低估了。美國太空總署資助的探空火箭正在發射一種改進的儀器，以尋找可能在恆星數量中遺漏的額外恆星的證據。

宇宙紅外背景實驗二（Cosmic Infrared Background Experiment-2，簡稱 CIBER-2）任務是2009年開始的一系列探空火箭發射中的最新一次。由紐約羅徹斯特理工學院（Rochester Institute of Technology）物理和天文學助理教授米高·森哥夫（Michael Zemcov）領導， 宇宙紅外背景實驗二計劃明日（6月6日）在新墨西哥州的白沙（White Sands）導彈發射場升空。

為了粗略估計宇宙中的恆星總數，天文學家計算每一個星系中恆星的平均數量，一些估計數約為一億顆，儘管可能高出十倍或更多，然後乘以星系的數量，暫時估計有大約二兆個星系。兩個數目相乘得到十垓顆恆星（一垓等於一萬京；一京等於一萬兆；一兆等於一萬億，或者是1後面有21個零）。相當於地球上的每一粒沙都擁有超過十顆恆星。

但即使是這個天文數字也可能是低估了。該計算假設所有或至少大部分恆星都在星系內。根據最近的發現，這可能並不完全正確，而這正是宇宙紅外背景實驗二任務試圖弄清楚。

宇宙紅外背景實驗二儀器，就像它所基於的早期宇宙紅外背景實驗儀器一樣，將在探空火箭上發射一種小型亞軌道火箭，可攜帶科學儀器短暫進入太空，然後返回地球進行恢復。一旦在地球大氣層上方，宇宙紅外背景實驗二將調查一片約四平方度（滿月是半度）的天空作為參考，其中包括數十個星系團。它不會計算恆星，但會檢測到瀰漫的、充滿宇宙的輝光，稱為河外背景光。

當無法計算星系中的單個恆星時，宇宙紅外背景的亮度應該可以很好地估計有多少M型和K型矮星。如果所有這些恆星都在星系內，那麼該光應該向中心最亮。2007年，天文學家使用美國太空總署的史匹哲太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）觀察星系團並進行此類測量。

但是史匹哲太空望遠鏡觀測到的光比已知星系群的預期要多，宇宙紅外背景的亮度波動暗示天文學家遺漏了一些東西。

森哥夫當時是一名博士後研究員，但現在是宇宙紅外背景實驗二的首席研究員執行第一次宇宙紅外背景實驗任務，用更適合該任務的望遠鏡檢查這些結果。

森哥夫說：「我們做了那次測量之後，得出了一個令人不舒服的答案，星星比我們預期的要多得多，一種解釋是來自星系外的光比我們想像的要多。額外的光可能來自流浪矮星的微光。當它們與另一個星系合併時，這些恆星可能會被甩出它們的母星系，這一過程稱為潮汐剝離。已知這樣遙遠的恆星環繞著它們的星系，儘管目前的計數顯示它們的數量不足以產生測量到的宇宙紅外背景實驗訊號。越來越多的研究證明，在星系之外存在大量此類恆星。」

但是對於這種多餘的光的替代假設已經出現。我們知道有些光來自星系，有些是有史以來第一批發光的恆星，儘管它們現在早已不復存在。來自我們銀河系的一些光甚至會污染測量結果，儘管宇宙紅外背景實驗團隊已盡力將其過濾掉。還有更多奇特的可能性，比如來自早期宇宙的直接坍縮黑洞，巨大的氣體雲在沒有首先成為恆星的情況下坍縮成黑洞，它們的紫外線會穿過膨脹的空間延伸到我們今天看到的更長的紅外線波長。宇宙紅外背景實驗二目的在通過區分這些可能性來幫助解決問題。

來自銀河系以外M型和K型矮星的光應該會溢出到可見光範圍內，因此宇宙紅外背景實驗二觀察更廣泛的波長范圍，從近紅外到綠色可見光，看看它是否在那裡。宇宙紅外背景實驗二還可以將光與第一批星系和恆星或早期直接坍縮的黑洞區分開來：兩者都應該缺少其總光的特徵部分，即早期宇宙中被星際氫濃霧吸收的部分。

目前，所有的可能性都擺在桌面上。但是，如果我們的恆星數量確實增加，那麼宇宙紅外背景實驗二的觀測結果就會很快告訴我們真正的情況。

森哥夫表示，有跡象顯示，我們絕對沒有捕捉到宇宙中的所有東西。只是看得越多，就發現得越多。

【圖：東京大學；文：節譯自物理學機構網頁】