宇宙探索:第一代恒星存在的首個證據

　　生生不息的恒星世代

　　我們的宇宙估計有138億年的年齡，其中包含大約10^24顆恒星。按宇宙發展的規律，這些恒星按年齡大致可分成三代。

　　由于最早的宇宙中唯一可用的材料是氫、氦和少量的鋰，所以第一代恒星完全由這些最簡單的元素組成。更重的元素需要在第一代恒星燃燒中(我們知道，恒星是靠核聚變燃燒的)才能合成，然后隨超新星爆發，撒播到星際空間。第一代恒星合成的重元素和宇宙中原先就很富余的氫、氦，將作為形成第二代恒星的材料。第二代恒星制造出更多的重元素，并再次在超新星爆發中將它們撒播到星際空間。這些重元素以及富余的氫、氦又繼續供第三代恒星成長，如此循環往復。我們的太陽已經屬于第三代恒星。

　　第一代恒星，也就是最早的恒星，可能是在宇宙只有1億年年齡的時候形成的。那時宇宙的密度比現在要大得多，所以第一代恒星被認為是些大塊頭，可能是太陽質量的數百倍。它們雖然超級明亮，但由于距離我們過分遙遠，所以我們至今也沒觀察到它們。要知道它們的樣子，我們只能憑推測;甚至它們是否存在過，也還只是理論上的推測，目前還沒有找到證據。

　　奇怪的鐵鎂元素豐度

　　不過，最近科學家們可能發現了第一代恒星存在過的痕跡。

　　日本東京大學的天文學家在檢查一顆類星體的光線時發現了這些線索。類星體是一種位于星系中心的極其明亮的天體，它的光是由落入超大質量黑洞的物質相互摩擦時發出來的。

　　這顆類星體叫J1342+0928，是迄今發現的最遙遠的類星體之一，距離地球近300億光年。它是在宇宙大爆炸后不到8億年的時間里形成的。

　　天文學家在分析該類星體的光譜時發現，光譜中顯示有大量的鐵存在，其豐度是太陽上鐵豐度的20倍以上。該類星體的光譜還顯示具有非常低的鎂元素豐度，只有鐵豐度的1/10左右。

　　在距離我們如此遙遠的過去，在被黑洞吸入的物質中，有著如此多的鐵和如此少的鎂，這是很不可思議的，是當前流行的超新星模型所難以解釋的。

　　當前流行的超新星模型是建立在第二、第三代恒星基礎之上的。這些恒星的質量相對較小。它們在燃燒過程中，從輕到重，一步步合成從鈹到鐵(中間包括鎂)的重元素，然后在超新星爆發的時候，把外殼拋撒到星際空間，只留下以鐵元素為主的殘核(這個殘核隨后可能會坍塌成白矮星、中子星或黑洞)。換句話說，由于大部分鐵留在殘核中，而鎂則全部被拋撒出去，所以在由這類超新星拋撒出去的物質，鐵的豐度不會很高，鐵和鎂的豐度也不會如此懸殊。

　　另一種類型的超新星

　　這種懸殊的情況只在第一代恒星的超新星爆發中才成為可能。第一代恒星由于質量巨大，它們的超新星爆發也特別猛烈，在爆炸中會把自己炸得一干二凈，什么都不會留下。這類超新星爆發理論上只有當恒星質量超過太陽130倍的時候才會發生。

　　這樣一來，在這類超新星拋撒出去的物質中，就有可能鐵的豐度遠高于鎂的豐度。如果這顆恒星附近剛好潛伏著一個超大質量黑洞，這些拋撒物質被黑洞吸入時，就可以產生天文學家現在看到的光譜。

　　經計算，只要那顆恒星的質量是太陽質量的300倍左右，就能完美地解釋天文學家在類星體J1342+0928光譜中觀察到的鐵鎂元素豐度比。

　　如果這個結論是正確的，那將是顯示第一代恒星存在過的第一個證據。第一代恒星對于我們理解宇宙至關重要，因為它們是第一批產生重元素的恒星，而重元素是形成巖石質行星乃至生命的必需材料。