新發現：大爆炸後的第一代恆星

藝術家手中發亮的的原始星系-CR7

天文學家發現了宇宙大爆炸後的第一代恆星

丹尼爾·克萊里

2015.6.17 6時

最近，一組天文學家發現了第一代恆星存在的最有力的證據，這代恆星是由宇宙大爆炸產生的物質直接構成的。根據預測，這些所謂的第三星族星基本上只是由氫和氦構成的，生命周期短，消失快。直到最近，天文學家也不相信他們還有機會見到這種星系，因為他們早就在宇宙中消失了。但這個小組通過世界頂級望遠鏡上的新儀器發現了一個特別明亮的星系，該星系中的恆星似乎擁有第三星族星的所有特徵。

哈佛大學天文系主任艾維·羅卜說：「他們做了很詳細的調查，找到了強有力的證據。」

理論學家預測，宇宙大爆炸後的早期宇宙中的氣雲可能還保持著相對熱度，因此不會凝結起來形成恆星。混合少量較重的元素有助於氣團的冷卻，因為這些元素比較容易產生電離，散發出熱輻射。但這些較重的元素在宇宙早期還沒有形成，所以恆星變得的很大，甚至比太陽還還要大千百倍，然後他們的內核才會收緊，從而產生核聚變。一旦開始聚變，就會迅速燃燒發熱，釋放出大量的紫外光，在幾百萬年的時間裡就燃燒殆盡了。

正是因為這種燃燒才產生了現在宇宙中的重元素。內核的聚變，使質量較小的原子與較大的融合。這些較重的原子在一顆恆星死亡並爆炸時就會散發出來。因此，存在於當今宇宙的所有氣體中都含有少量的較重元素，使冷卻變得更加容易。結果，恆心變得越來越小，發出來的光也越來越暗，但卻比遠古恆星的壽命要長得多。

科學家們原以為第三星族星很可能存在於暗淡的小型原始星系中，這樣天文學家就永遠看不到。但一個由里斯本大學大衛·拉伯索爾帶領的研究小組利用夏威夷莫納克亞山上的8.2米昴星望遠鏡對一些星系進行了觀察，結果發現這些星系在紫外波長的範圍內發出明亮的光，它們可以追溯到早在大爆炸之後8億年的時候，當時宇宙大約是目前年齡的6%。他們發現明亮星係數量驚人，遠超過預想。為了排除其他發出紫外光的星體，他們做了跟進調查，利用位於智利的歐洲甚大望遠鏡、莫納克亞山上的凱克望遠鏡和哈勃太空望遠鏡對其中兩個最有希望的光源進行觀察。兩個光源中較為有趣的是一個被稱為CR7的星系，他已被證實是早期宇宙中發現的最明亮的星系，比之前最明亮星系的保持著還要明亮三倍。除了電離氫中的紫外光，這一星系還釋放了大量的氦，這是同第三星系不同的地方，但也僅限於此，這說明了這些恆星中還是缺少重元素。

索布拉爾稱：「不存在含有其他元素的跡象，只有氦和氫。」利用哈勃太空望遠鏡對CR7進行更加仔細地觀察之後，研究小組發現了三個截然不同的區域，分別發出不同的信號：其中一個很明顯像是第三星族星區域，其餘兩個區域包含溫度較低的、更為普通的恆星。研究小組將要把這一研究成果發表在即將出版的一期《天體物理學雜誌》上。索布拉爾說：這表明該星系經歷著一波一波的恆星形成潮，第一個區域中的恆星開始發光，後來燃燒完畢；然後第三星族星開始在別的區域出現……以此類推。羅卜稱：「在宇宙演化的這一階段中，像這樣的一波恆星形成潮是可想而知的。」

「此前，有關第一代恆星和星系的研究在很大程度上都是理論性的。」羅卜說，「能夠用觀察到的證據證明這些都是實實在在的，這是很令人欣慰的事情。」然而，奧斯陸大學的馬克·迪傑斯特拉（Mark Dijkstra）警告說，有關星系CR7，仍有一些方面無法解釋，如：為什麼如此龐大的一個第三星族星系在大爆炸之後存在了如此長的時間呢？他說：「即使CR7根本不是由第三星族星提供能量的，至少該星系能夠讓我們對宇宙早期星系的形成（可能還有黑洞的形成）有個新的認識。」

但索布拉爾稱，研究小組通過觀察找到了「更加壯觀」的候選星系。他說：「這僅僅是個開端而已。」

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