早期宇宙与宇宙起源

第一代恒星

你所见过的每一颗恒星,都是从早已富含碳、氧、铁等重元素的气体中形成的——那是更早恒星回收下来的灰烬。但最初的那批恒星却没有这样的遗产。它们是从大爆炸唯一造出的材料中凝结而成的:氢和氦,几乎别无其他。第一代恒星就是这些先驱,是有史以来第一批发光的天体,诞生于纯净的原初气体之中,而在此之前,宇宙一直黑暗而无星。

天文学家称它们为第三星族星,理论表明它们与今日的恒星相比颇为奇特。由于没有重元素来帮助气体高效地冷却和碎裂,第一代恒星被认为形成得异常巨大——也许是太阳质量的几十倍乃至几百倍——它们燃烧得炽热而明亮,却只活短短几百万年。它们在大爆炸后几亿年点亮,结束了宇宙黑暗时代。而且它们是化学工厂:在其核心、在其死亡之时,它们锻造出最初的碳、氧和铁,随后在爆炸中把这些重元素抛撒入太空,为日后一切恒星、行星与生命所由生的气体播下种子。

有一个诚实的提醒:我们从未直接观测到一颗第三星族星。它们太遥远、太久远、寿命又太短,以致连我们最强大的望远镜也尚未干净利落地捕捉到一颗,尽管詹姆斯·韦伯太空望远镜正在早期宇宙中搜寻它们的踪迹。我们关于它们的许多说法,都是理论与推断,靠在最古老的幸存恒星里、以及早期气体的化学成分中瞥见它们的指纹来支撑。但它们的重要性怎么强调都不为过:它们结束了黑暗,开启了用生命元素丰富宇宙的进程,并启动了构筑星系的漫长过程。你体内每一个比氦更重的原子,归根结底都可追溯到恒星——而最最初的那些,就是它们。

以今日的标准看,第一代恒星或许是些庞然大物——有的也许达太阳质量的一百倍,亮度是太阳的百万倍,却只在区区两三百万年里就燃尽了。它们的光和它们爆炸式的死亡,把周围的气体注满了紫外辐射,开始把寒冷的中性氢重新电离,揭开了再电离时代。

由纯氢和氦锻造而成,第一代恒星造出了宇宙最初的重元素。

尚无任何第三星族星被直接观测到——它们的存在与性质是动机充分的理论与推断,而非已成定论的事实。它们在化学上是「最初的」(由纯净气体构成),很可能极为巨大,但其细节仍是一片活跃的研究前沿。

又称
Population III starsPop III stars原初恒星第三星族星