宇宙中第一批恒星留下的残骸：原始恒星的影子

最初的恒星都是一些奇怪的鸭子。至今还没有人观察到它们（尽管天文学家希望JWST有一天能发现它们），但它们的幽灵仍然存在。它们诞生于135亿年前，与我们今天所知的大多数恒星截然不同。这些是巨大的怪物，主要由氢和氦组成。而且，当它们作为超新星爆炸时，它们的“恒星物质”被分散到了太空。天文学家现在在欧洲南方天文台的超大望远镜观测到的三个遥远的气体云中，发现了这些恒星的化学残留物。

上图：一个遥远的气体云，其中包含不同的化学元素，这里用各种原子的示意图来说明。天文学家使用ESO的超大望远镜探测到了三个遥远的气体云，它们的化学成分与我们对宇宙中第一批恒星爆炸的预期相匹配。这些早期恒星可以通过分析它们在超新星爆炸中死亡后分散到周围环境中的化学元素来间接研究。在这项研究中探测到的三个遥远的气体云富含碳、氧和镁，但铁含量很低。这正是第一颗恒星爆炸的预期特征。

天文学家是如何探测到这些残骸呢？这是一项艰巨的任务，因为接下来的几代恒星会回收恒星物质。当这些“儿童”恒星死亡时，它们将自己的重元素分散在太空中，这些元素反过来又被下一代恒星所利用。

所以，最早的恒星和它们的残骸基本上都是历史了。或者，真的是这样吗？事实证明可能不是。佛罗伦萨大学副教授斯特凡尼娅·塞尔瓦多里（Stefania Salvadori）说：“通过检测它们死后在环境中分散的化学元素，可以间接地研究原始恒星。”

她和一位同事利用VLT的数据寻找到了含有第一批恒星死亡后遗留下来的化学元素的气体云。来自遥远的类星体的光穿过这些云，为寻找这些元素提供了一种方法。

上图：当类星体的光穿过气体云时，其中的化学元素会吸收不同的波长。这在类星体的光谱中留下了暗线。每种元素都会留下一组不同的线，因此天文学家可以通过研究光谱来计算出介入气体云的化学成分。这就是天文学家如何在早期宇宙的三个气体云中发现第一批恒星的化学指纹。

了解恒星化学残骸

这些早期恒星的质量和爆炸的强度，决定了哪些元素被扩散到太空。第一批恒星可能主要由氢和氦组成，但它们的核心中也含有其他元素。事实上，这就是恒星一生所做的事情。它们将氢转化为氦和其他核心的“重”元素。通常，它们会形成碳、氧、硅等等，一直到铁。当它们死亡时，所有的物质都会分散到星际空间。像太阳这样的恒星寿命相当长，最终会变成白矮星。那是在它们经过行星状星云阶段之后。只有质量最大的才会在超新星爆炸中死亡。

第一批大质量恒星死于巨大的超新星爆炸，这些恒星提供了天文学家能发现的化学残留物。然而，其中一些最初的爆炸没有足够的能量来分散存在于其核心的铁等元素。

上图：一幅艺术家为宇宙中第一批出现的恒星绘制的插图。

研究小组必须考虑到这一点，所以他们寻找低能超新星爆炸的恒星产生的气体云。他们研究的这三团气体云都在宇宙早期，铁元素很少，但碳和其他元素却很多。

对其他恒星的启示

有趣的是，塞尔瓦多里和她的团队研究的星云中特殊的化学成分出现在我们银河系的许多古老恒星中。这些是直接从第一代恒星的“灰烬”中形成的第二代恒星群。塞尔瓦多里解释说：“我们的发现为间接研究第一批恒星的性质开辟了新的途径，充分补充了我们银河系中恒星的研究。”

第二代恒星的化学成分与早期宇宙中的“父辈”大不相同，也更丰富。当它们死后，它们的“明星材料”成为第三代和后代的饲料。我们的太阳可能至少是第三代，通常被称为第1星族，因为它富含比氦重的元素。因此，发现最早恒星的化学残留物不仅为了解它们的特征打开了一扇窗，也为了解它们之后的下一代恒星提供了机会。

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