初代恒星被发现？首次发现宇宙中第一代恒星的踪迹

作为诞生于宇宙黎明时期的首批恒星，第三星族星一直神秘莫测。这些恒星由宇宙初期的原始气体云坍缩而成，所以元素几乎只有氢和氦，因此也叫无金属星。和今天我们看到的恒星不同，无金属星被认为具有非常大的质量，通常在几百倍太阳质量以上，所以它们的寿命也是极其短暂。

不过关于无金属星的特点，目前这些都还只停留在理论上，直到今天也没有得到观测方面的证实。寻找宇宙中的第一批恒星，也成了天文学家梦寐以求的事。

第一代恒星为什么这么难找呢？

首先，人家出生的早。大约在大爆炸后几亿年，这时候首批恒星就已经开始形成。要看到那个时期的景象，我们需要往尽量远的地方看，因为越远的光子到达我们的时间越晚。而距离远意味着不仅达到我们的光子数很少，同时光的波长也被拉得很长，也就是光谱的红移会变得非常大。这样的话，位于那里的恒星就很难被我们发现。

即使是专门用于观测红外波段的韦伯（韦布）望远镜，它在这个距离上能看到的基本也都是些类星体。可以看出，哪怕是星系规模的亮度，到了这个距离呈现出的也只是个非常暗淡的小红点。可想而知，如果是恒星的话，就算它的亮度再高也很难被我们发现。

除非像之前介绍过的“晨星（Earendel）”那样，遇到非常巧合的引力透镜效应。在这种“放大镜”的帮助下，我们才有可能发现如此遥远而古老的恒星。

除了出生时间太早，由于质量巨大，初代恒星它的寿命也非常短，可能只有几百万甚至是几十万年。对于宇宙来说这就是“一瞬间”的事，如此一来它们被发现的概率就更低了。

因为很难直接看到，现阶段天文学家更多是想通过初代恒星存在过的痕迹来间接证实它们的存在。

我们知道，随着初代恒星的死亡，宇宙中出现了少量金属元素，也就是除氢氦以外的其他元素。随后这些元素混杂着原始气体形成了第二代恒星。

这批恒星虽然包含了一些金属元素，但是含量很少，所以被称为“贫金属星”。对于这些贫金属的二代恒星来说，虽然金属含量不高，但是这里包含了上代恒星（也就是初代恒星）的一些化学特征，就像 DNA 一样。所以理论上我们可以通过观察这种贫金属星的元素化学特征，来寻找初代恒星的蛛丝马迹。

可是初代恒星的寿命只有“一瞬间”，所以二代恒星应该出现的也很早才对，那寻找这种贫金属的二代恒星岂不同样很困难？

其实对于二代恒星来说，它们的大小就不一定非要像初代恒星那么大了。这样对于一些小个头的二代恒星来说，它们的寿命可以非常长，直到今天仍然活得好好的。

而且观测这种恒星最大的好处是：我们不用再费劲地到宇宙“边缘”去找了，或许在我们附近（也就是银河系中）就有这样的恒星存在。

虽然贫金属星后来也发现了不少，甚至有些还是极贫金属星，但是迄今为止还没有一个是明确的二代恒星。

然而就在前不久（2023 年 6 月），一篇发表于《自然》杂志的文章表示，中国科学院国家天文台的研究团队通过郭守敬望远镜（LAMOST）似乎找到了这种传说中的二代恒星。

因为郭守敬望远镜主要用于巡天观测，研究人员在上万颗恒星的光谱中针对贫金属星进行了搜寻，最终他们找到了一颗钠含量极低的恒星 ——J1010+2358。

通常的恒星都位于银河系的银盘中，但这颗恒星位于的是银河系的银晕之中。银晕是银河系外围由稀疏的恒星和星际物质组成的球状区域，许多球状星团就分布在这里。这里的恒星年龄一般都很大，几乎和银河系一样都是些百亿岁的“老人”。

显然在这里发现贫金属星就不足为奇了，而且通过对这颗恒星的化学特征分析，研究人员发现这颗恒星似乎诞生于一场十分特殊的超新星爆发 —— 不稳定对超新星，也叫对不稳定超新星（PISN）。

对于初代恒星来说，普通的超新星爆发一般发生于质量不是特别大（大概几十倍太阳质量）的恒星身上。它们的内部聚变反应一路到铁以后，由于无法继续产生辐射压抗衡引力塌陷，于是核心进一步坍缩成黑洞并导致了超新星爆发。

但是对于上百倍太阳质量的超大质量恒星来说，它们的结局则不太一样。在这些超大质量恒星内部，由于光子能量非常之高，以至于与原子相互作用产生了大量正负电子对。这样一来会使得恒星内部辐射压迅速减小，从而引发进一步坍缩，最终内部将会因为热失控而发生猛烈的爆炸。这种爆炸太过剧烈，以至于恒星的外壳会被彻底炸碎，甚至是整个恒星被完全炸掉，连黑洞都来不及留下。这种爆炸产生的超新星就被称为对不稳定超新星。

对不稳定超新星中诞生的二代恒星，它们在金属元素含量方面会呈现出明显的奇偶特征：就是原子序数是奇数的元素含量就低，而偶数的元素含量就相对较高。

但是这些只是理论上的一种预测，之前从来没有在现实中观测到过。而这次研究人员发现，这颗恒星的外层元素含量正好符合该奇偶特征。加上铁以上的元素几乎没有，种种迹象表明：这颗恒星形成之前的那次超新星爆发，很可能就是理论预言中的只有第一代恒星才会有的对不稳定超新星。

这意味着：人们首次发现了第一代恒星存在过的证据，并且验证了关于第一代恒星的相关理论。

总结一下：这次的发现虽然并不是发现了第一代恒星的“真身”，只是发现了它存在过的痕迹，但是在恒星以及星系演化方面，这次的发现仍然具有里程碑意义。

本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

广告声明：文内含有的对外跳转链接（包括不限于超链接、二维码、口令等形式），用于传递更多信息，节省甄选时间，结果仅供参考，IT之家所有文章均包含本声明。