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新證據顯示最早的恆星形成時間比宇宙學模型推測的時間還要早


當我們思考整個宇宙的形成的時候,最大的問題是關於第一批恆星的誕生。據說恆星是大爆炸一億年後開始出現的,而我們已經看到了一些真正的古老的恆星;但是從原始的宇宙中創造這些恆星的過程仍然是一個大謎團。

但是遙遠的宇宙的氣雲團給了我們很大的線索。氣雲團太遙遠了,以至於雲層發出的光需要130億年才能到達。這意味著我們看到的雲與大約8.5億年前宇宙的雲是一樣的,僅僅是當前壽命的一點短暫的時間。

這種雲看起來與形成較晚的氣體雲相似,雲中充滿了偽造成恆星的元素,並隨著這些恆星的死亡產生一系列的爆炸。這表明氣體雲周圍存在著130億年前已經死亡的恆星。

不僅僅是這一代恆星,基於古老的氣體雲中大量的化學物質,至少有兩代恆星的形成與滅亡才能產生我們看到的化學成分。

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這對我們的恆星形成模型來說是一個棘手的問題,並且這完全是偶然發現的。

馬克斯·普朗克天文研究所的天文學家愛德華多·巴納多斯及其同事正在研究遙遠的具有非常明亮活動核的類星體。當這個研究團隊注意到離我們有130億光年的P183+05類星體發出的光有些奇怪時,他們決定進一步觀察。

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不久後,他明白光中奇怪的信號來自類星體附近的氣體雲和塵埃雲。經過它們,一部分類星體的光被過濾掉了,衰減了一些波長。

因為光的不同波長被不同的元素阻擋,所以這也提供了關於雲的組成的一些線索。

「我們確信我們正在觀察的原始氣體是大爆炸之後8.5億年產生的」卡內基科學研究所的天文學家麥可·勞赫說,「因此我們開始思考這種系統能否仍然保留第一代恆星產生的化學成分。」

很早期的宇宙幾乎是一成不變的。大爆炸之後,大部分的宇宙中充滿了氫氣和氦氣。直到第一批恆星的出現,更多的元素才開始出現。

恆星將它們的核心中的氫熔化成氦,然後將氦熔化成碳,等等。更大質量的恆星能夠將核心中的氫一直熔化成鐵。當這些恆星到達他們生命的盡頭爆炸變成超新星時,這些爆炸的極端條件又會產生更重的元素。

這些元素被新一代的恆星吸收,恆星中的金屬越多,說明該恆星形成的時間越晚。這些特徵同樣也能用於分辨恆星中間的星際介質的年齡。

這讓我們想到了超古老的氣體雲。宇宙學中發現第一代化學指紋的恆星,即第三星族星。研究團隊認為超古老的氣體雲可能有它們。

所以他們根據從類星體的光中分出的光譜分析了雲的金屬性和相對化學性質。

正如預期一樣,雲的金屬性較低,跟他的年齡一樣。但是沒有證據說雲中豐富的相對化學物質是由這些Population III 的恆星造成的。並且la型的超新星的形成一般需要十億年左右,因此前後矛盾。

這對早期的恆星生命周期產生了奇怪的約束,這將成為一個需要解決的有趣的難題。但是還有其他的證據表明早期的宇宙是一個成熟的地方。比如其中有我們認為不可能如此快速形成的一堆超大質量黑洞。

如果這一發現被證實,可能是時候對宇宙模型重新設計了。

與此同時,這個研究團隊還在繼續搜尋線索。

「令人興奮的是我們能夠在如此早期的歷史宇宙測量金屬性和化學特徵。但是如果我們想確認第一批恆星的特性我們需要探測更早期的宇宙歷史。」巴納多斯說

「對於我們將發現甚至更遙遠的氣體雲我很樂觀,因為這些氣體雲可能會幫助我們了解第一批恆星是如何誕生的。」

這項研究將發表在《天體物理學雜誌》上。

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