3月20日消息，一項新研究發(fā)現(xiàn)，早期宇宙中誕生的第一批恒星質(zhì)量都要比太陽質(zhì)量大幾萬倍，有些恒星甚至是太陽質(zhì)量的10萬倍，相當(dāng)于目前宇宙中的1000顆最大恒星。

如今宇宙中最大的恒星質(zhì)量是太陽的100倍。但研究人員發(fā)現(xiàn)，早期宇宙中充斥著超大質(zhì)量恒星，都是太陽質(zhì)量的幾萬倍。它們誕生得很快，壽命也很短。而且在這些巨大恒星消亡后，有利于它們再次形成的條件也不復(fù)存在。

130多億年前的宇宙大爆炸后不久，整個宇宙中還沒有恒星，幾乎全是充斥著溫暖中性氣體的熱湯，其中絕大部分是氫和氦。在長達(dá)幾億年的時間里，這些中性氣體開始堆積成密度越來越大的物質(zhì)團(tuán)。這段時期被稱為宇宙黑暗時代。

在現(xiàn)代宇宙中，致密物質(zhì)會迅速坍縮形成恒星。這是因為現(xiàn)代宇宙擁有早期宇宙所缺乏的重元素。重元素可以有效將能量輻射出去，使得致密團(tuán)塊迅速收縮，從而觸發(fā)聚變反應(yīng)，將較輕元素融合成較重元素，這也是恒星的能量來源。

但宇宙中生成重元素的唯一方法也是通過同樣的聚變過程。一代又一代的恒星形成、聚合又消亡，使宇宙物質(zhì)逐步豐富到現(xiàn)在的狀態(tài)。

由于氫和氦等元素不具備快速釋放熱量的能力，第一代恒星必須在完全不同、非常困難的條件下形成。

為了揭開第一代恒星如何形成的謎題，天體物理學(xué)家轉(zhuǎn)而用計算機(jī)模擬宇宙黑暗時代的演進(jìn)過程，目的是了解當(dāng)時發(fā)生了什么。一些早期開展的模擬工作預(yù)測，第一批恒星質(zhì)量可能是太陽的數(shù)百倍，而后來的模擬表明，它們應(yīng)該是現(xiàn)在的正常恒星大小。

但最近天體物理學(xué)家通過模擬又發(fā)現(xiàn)，早期宇宙中形成的恒星要比現(xiàn)在大得多。今年1月份，他們通過發(fā)表在預(yù)印本數(shù)據(jù)庫arXiv上的一篇論文報告了自己的發(fā)現(xiàn)，并提交給《皇家天文學(xué)會月報》進(jìn)行同行評審。

這項新研究中的計算機(jī)模擬過程包含了所有常見的宇宙學(xué)成分：幫助星系成長的暗物質(zhì)、中性氣體的演化和聚集，既可以冷卻氣體、有時又能重新加熱氣體的輻射過程。但他們的研究還引入了宇宙中快速移動的冷卻物質(zhì)流，這種其他研究中所欠缺的所謂“冷鋒”會猛烈撞擊已經(jīng)形成的天體結(jié)構(gòu)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在第一顆恒星形成之前，存在著復(fù)雜的相互作用：中性氣體開始聚集在一起；氫和氦釋放出少量的熱量，這使得中性氣體團(tuán)塊的密度慢慢升高。

但高密度氣體團(tuán)塊變得非常熱，產(chǎn)生的輻射分解了中性氣體，還阻止其分裂成許多更小的團(tuán)塊。這意味著由這些氣體團(tuán)塊形成的恒星可以變得非常大。

這種輻射和中性氣體之間來來回回的相互作用催生出大量中性氣體，宇宙中的第一個星系就是這樣形成的。原星系深處的氣體先是形成快速旋轉(zhuǎn)的吸積盤，也就是在大質(zhì)量天體周圍形成快速流動的物質(zhì)環(huán)，包括現(xiàn)代宇宙中的黑洞都是這樣的。

而在原星系的外緣，氣體冷鋒如雨點(diǎn)般落下。那些最冷的致密物質(zhì)流甚至能穿透原星系，一直延伸到吸積盤。

這些冷鋒猛烈撞擊著吸積盤，使它們的質(zhì)量和密度迅速增加到臨界閾值，破壞了氣體團(tuán)塊的穩(wěn)定性，引發(fā)大量物質(zhì)的瞬間坍塌，第一批恒星就這樣誕生了。

第一批恒星并不像現(xiàn)在的太陽這種典型聚變過程。它們都是巨大的中性氣體團(tuán)塊，聚變核心直接就被觸發(fā)了，跳過了中性氣體團(tuán)塊分裂成小塊的階段，從而使得直接坍塌形成的恒星質(zhì)量非常大。

第一批恒星非常明亮，壽命極短，往往不到100萬年，然后就會發(fā)生超新星爆炸。相比之下，現(xiàn)代宇宙中的恒星可以存活幾十億年的時間。

第一批恒星的爆炸會將內(nèi)部聚變反應(yīng)的產(chǎn)物，也就是那些比氫和氦更重的元素拋向宇宙，然后為下一批恒星的形成埋下種子。（辰辰）