奇怪的爆炸，奇怪的星，科学家：遥远宇宙中发生了难以想象的事件

科学家发现疑似第一代恒星的遗迹。

艺术家笔下描绘的“第三类恒星”。这类恒星仅存在于宇宙创生后大约1亿年的时候。NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva / Spaceengine

上古时代宇宙中存在着一种奇异的巨型天体。这些天体的质量可以在太阳的300倍以上。它们外表看来如同巨型的普通恒星，能够发光发热，但运作机制却不尽相同。这些巨星被称为“第三类恒星（Population III stars）”。

“第三类恒星”被科学家认为是宇宙中的第一代恒星。它们存在于宇宙诞生后仅1亿年时。今天宇宙中已经看不到“第三类恒星”，因为它们早已全部消亡。而它们消亡的方式是通过一种难以想象的剧烈爆炸。这类爆炸被称为“超级超新星”。虽然也被冠以超新星之名，但“超级超新星”爆发的剧烈程度、爆发机制和爆发遗留物，和普通超新星有很大不同。

一颗质量为太阳300倍的恒星爆发形成的“超级超新星”（想像图）。NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva / Spaceengine

“超级超新星”和普通超新星一样，都能够为后代们提供孕育的土壤。它们同样会把内核制造的大量重元素扩散到宇宙空间中。以供新一代的恒星、行星乃至我们在这样的环境里诞生。

和很多源自上古的传说一样，我们很难在今天的宇宙中找到这些存在于理论上的“第三类恒星”，哪怕是它们留下的一点点蛛丝马迹。

但是困难并不等于不可能。

近日一些天文学家使用北天双子座望远镜对一个极端遥远的类星体进行了研究。类星体本质上是一种星系，但其中心存在一个活跃的超大质量黑洞，正把它吞噬物质过程中释放出来的能量束瞄准地球，因此看起来明亮异常。

这个类星体存在于距今大约131亿光年的时空中，也就是说它存在的年代距离宇宙创生不过7亿年。通过分析这个类星体传递到地球的光的光谱，天文学家发现，在这个类星体的周边，在它与地球之间的宇宙空间中，存在着一个特殊的星际云团，而这个云团的化学特征很特别。

研究人员发现云中化学元素的铁镁比例异常偏高，比太阳高出10倍。据此推断，这个云团是宇宙中第一代恒星，也就是“第三类恒星”的遗骸。这颗质量是太阳300倍的“第三类恒星”临终时刻发生了大爆炸，成为了一颗所谓的“对-不稳定性”超新星（pair-instability supernova）。

与聚变停止导致外层塌缩引发反弹爆炸的普通超新星不同，“对-不稳定性”超新星的爆发是恒星内部光子发生衰变导致的。当恒星内部的光子开始衰变成为电子和正电子对后，恒星内部的热压力减弱，局部崩溃，随之整体失去平衡而急速燃烧，引发热核爆炸。

普通超新星爆发总会留下一个致密的内核，中子星也好，黑洞也好；而这类超新星什么都不会留下。所有残骸都被抛向了太空，成为一片扩散的云团。

“第三类恒星”的这种特殊死亡方式意味着我们今天没有办法在宇宙中找到这类恒星的内核遗骸。因此验证这一预言的方法只有两种：直接观测“超级超新星”，或在星际介质中寻找“超级超新星”留下的化学特征。而前者基本不可能。

研究人员相信，他们发现的是迄今为止最明确的与“第三类恒星”及“对-不稳定性”超新星有关的证据。

与直接观测“第三类恒星”相比，观测“对-不稳定性”超新星留下的化学特征要容易一些。这些特征可能会在宇宙中保留很长时间，因此也能够在距离地球较近的太空中被发现。

类星体示意图。NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva / Spaceengine

参考
Potential First Traces of the Universe’s Earliest Stars
https://noirlab.edu/public/news/noirlab2222/
Potential signature of Population III pair-instability supernova ejecta in the BLR gas ofthe most distant quasar at z = 7.54
https://arxiv.org/abs/2207.11909