科學(xué)家發(fā)現(xiàn)疑似第一代恒星的遺跡。

藝術(shù)家筆下描繪的“第三類(lèi)恒星”。這類(lèi)恒星僅存在于宇宙創(chuàng)生后大約1億年的時(shí)候。NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva / Spaceengine

上古時(shí)代宇宙中存在著一種奇異的巨型天體。這些天體的質(zhì)量可以在太陽(yáng)的300倍以上。它們外表看來(lái)如同巨型的普通恒星，能夠發(fā)光發(fā)熱，但運(yùn)作機(jī)制卻不盡相同。這些巨星被稱(chēng)為“第三類(lèi)恒星（Population III stars）”。

“第三類(lèi)恒星”被科學(xué)家認(rèn)為是宇宙中的第一代恒星。它們存在于宇宙誕生后僅1億年時(shí)。今天宇宙中已經(jīng)看不到“第三類(lèi)恒星”，因?yàn)樗鼈冊(cè)缫讶肯?。而它們消亡的方式是通過(guò)一種難以想象的劇烈爆炸。這類(lèi)爆炸被稱(chēng)為“超級(jí)超新星”。雖然也被冠以超新星之名，但“超級(jí)超新星”爆發(fā)的劇烈程度、爆發(fā)機(jī)制和爆發(fā)遺留物，和普通超新星有很大不同。

一顆質(zhì)量為太陽(yáng)300倍的恒星爆發(fā)形成的“超級(jí)超新星”（想像圖）。NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva / Spaceengine

“超級(jí)超新星”和普通超新星一樣，都能夠?yàn)楹蟠鷤兲峁┰杏耐寥?。它們同樣?huì)把內(nèi)核制造的大量重元素?cái)U(kuò)散到宇宙空間中。以供新一代的恒星、行星乃至我們?cè)谶@樣的環(huán)境里誕生。

和很多源自上古的傳說(shuō)一樣，我們很難在今天的宇宙中找到這些存在于理論上的“第三類(lèi)恒星”，哪怕是它們留下的一點(diǎn)點(diǎn)蛛絲馬跡。

但是困難并不等于不可能。

近日一些天文學(xué)家使用北天雙子座望遠(yuǎn)鏡對(duì)一個(gè)極端遙遠(yuǎn)的類(lèi)星體進(jìn)行了研究。類(lèi)星體本質(zhì)上是一種星系，但其中心存在一個(gè)活躍的超大質(zhì)量黑洞，正把它吞噬物質(zhì)過(guò)程中釋放出來(lái)的能量束瞄準(zhǔn)地球，因此看起來(lái)明亮異常。

這個(gè)類(lèi)星體存在于距今大約131億光年的時(shí)空中，也就是說(shuō)它存在的年代距離宇宙創(chuàng)生不過(guò)7億年。通過(guò)分析這個(gè)類(lèi)星體傳遞到地球的光的光譜，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)類(lèi)星體的周邊，在它與地球之間的宇宙空間中，存在著一個(gè)特殊的星際云團(tuán)，而這個(gè)云團(tuán)的化學(xué)特征很特別。

研究人員發(fā)現(xiàn)云中化學(xué)元素的鐵鎂比例異常偏高，比太陽(yáng)高出10倍。據(jù)此推斷，這個(gè)云團(tuán)是宇宙中第一代恒星，也就是“第三類(lèi)恒星”的遺骸。這顆質(zhì)量是太陽(yáng)300倍的“第三類(lèi)恒星”臨終時(shí)刻發(fā)生了大爆炸，成為了一顆所謂的“對(duì)-不穩(wěn)定性”超新星（pair-instability supernova）。

與聚變停止導(dǎo)致外層塌縮引發(fā)反彈爆炸的普通超新星不同，“對(duì)-不穩(wěn)定性”超新星的爆發(fā)是恒星內(nèi)部光子發(fā)生衰變導(dǎo)致的。當(dāng)恒星內(nèi)部的光子開(kāi)始衰變成為電子和正電子對(duì)后，恒星內(nèi)部的熱壓力減弱，局部崩潰，隨之整體失去平衡而急速燃燒，引發(fā)熱核爆炸。

普通超新星爆發(fā)總會(huì)留下一個(gè)致密的內(nèi)核，中子星也好，黑洞也好；而這類(lèi)超新星什么都不會(huì)留下。所有殘骸都被拋向了太空，成為一片擴(kuò)散的云團(tuán)。

“第三類(lèi)恒星”的這種特殊死亡方式意味著我們今天沒(méi)有辦法在宇宙中找到這類(lèi)恒星的內(nèi)核遺骸。因此驗(yàn)證這一預(yù)言的方法只有兩種：直接觀測(cè)“超級(jí)超新星”，或在星際介質(zhì)中尋找“超級(jí)超新星”留下的化學(xué)特征。而前者基本不可能。

研究人員相信，他們發(fā)現(xiàn)的是迄今為止最明確的與“第三類(lèi)恒星”及“對(duì)-不穩(wěn)定性”超新星有關(guān)的證據(jù)。

與直接觀測(cè)“第三類(lèi)恒星”相比，觀測(cè)“對(duì)-不穩(wěn)定性”超新星留下的化學(xué)特征要容易一些。這些特征可能會(huì)在宇宙中保留很長(zhǎng)時(shí)間，因此也能夠在距離地球較近的太空中被發(fā)現(xiàn)。

類(lèi)星體示意圖。NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva / Spaceengine