生生不息的恒星世代

　　我們的宇宙估計(jì)有138億年的年齡，其中包含大約10^24顆恒星。按宇宙發(fā)展的規(guī)律，這些恒星按年齡大致可分成三代。

　　由于最早的宇宙中唯一可用的材料是氫、氦和少量的鋰，所以第一代恒星完全由這些最簡(jiǎn)單的元素組成。更重的元素需要在第一代恒星燃燒中(我們知道，恒星是靠核聚變?nèi)紵?才能合成，然后隨超新星爆發(fā)，撒播到星際空間。第一代恒星合成的重元素和宇宙中原先就很富余的氫、氦，將作為形成第二代恒星的材料。第二代恒星制造出更多的重元素，并再次在超新星爆發(fā)中將它們?nèi)霾サ叫请H空間。這些重元素以及富余的氫、氦又繼續(xù)供第三代恒星成長(zhǎng)，如此循環(huán)往復(fù)。我們的太陽(yáng)已經(jīng)屬于第三代恒星。

　　第一代恒星，也就是最早的恒星，可能是在宇宙只有1億年年齡的時(shí)候形成的。那時(shí)宇宙的密度比現(xiàn)在要大得多，所以第一代恒星被認(rèn)為是些大塊頭，可能是太陽(yáng)質(zhì)量的數(shù)百倍。它們雖然超級(jí)明亮，但由于距離我們過(guò)分遙遠(yuǎn)，所以我們至今也沒(méi)觀察到它們。要知道它們的樣子，我們只能憑推測(cè);甚至它們是否存在過(guò)，也還只是理論上的推測(cè)，目前還沒(méi)有找到證據(jù)。

　　奇怪的鐵鎂元素豐度

　　不過(guò)，最近科學(xué)家們可能發(fā)現(xiàn)了第一代恒星存在過(guò)的痕跡。

　　日本東京大學(xué)的天文學(xué)家在檢查一顆類星體的光線時(shí)發(fā)現(xiàn)了這些線索。類星體是一種位于星系中心的極其明亮的天體，它的光是由落入超大質(zhì)量黑洞的物質(zhì)相互摩擦?xí)r發(fā)出來(lái)的。

　　這顆類星體叫J1342+0928，是迄今發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的類星體之一，距離地球近300億光年。它是在宇宙大爆炸后不到8億年的時(shí)間里形成的。

　　天文學(xué)家在分析該類星體的光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)，光譜中顯示有大量的鐵存在，其豐度是太陽(yáng)上鐵豐度的20倍以上。該類星體的光譜還顯示具有非常低的鎂元素豐度，只有鐵豐度的1/10左右。

　　在距離我們?nèi)绱诉b遠(yuǎn)的過(guò)去，在被黑洞吸入的物質(zhì)中，有著如此多的鐵和如此少的鎂，這是很不可思議的，是當(dāng)前流行的超新星模型所難以解釋的。

　　當(dāng)前流行的超新星模型是建立在第二、第三代恒星基礎(chǔ)之上的。這些恒星的質(zhì)量相對(duì)較小。它們?cè)谌紵^(guò)程中，從輕到重，一步步合成從鈹?shù)借F(中間包括鎂)的重元素，然后在超新星爆發(fā)的時(shí)候，把外殼拋撒到星際空間，只留下以鐵元素為主的殘核(這個(gè)殘核隨后可能會(huì)坍塌成白矮星、中子星或黑洞)。換句話說(shuō)，由于大部分鐵留在殘核中，而鎂則全部被拋撒出去，所以在由這類超新星拋撒出去的物質(zhì)，鐵的豐度不會(huì)很高，鐵和鎂的豐度也不會(huì)如此懸殊。

　　另一種類型的超新星

　　這種懸殊的情況只在第一代恒星的超新星爆發(fā)中才成為可能。第一代恒星由于質(zhì)量巨大，它們的超新星爆發(fā)也特別猛烈，在爆炸中會(huì)把自己炸得一干二凈，什么都不會(huì)留下。這類超新星爆發(fā)理論上只有當(dāng)恒星質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)130倍的時(shí)候才會(huì)發(fā)生。

　　這樣一來(lái)，在這類超新星拋撒出去的物質(zhì)中，就有可能鐵的豐度遠(yuǎn)高于鎂的豐度。如果這顆恒星附近剛好潛伏著一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，這些拋撒物質(zhì)被黑洞吸入時(shí)，就可以產(chǎn)生天文學(xué)家現(xiàn)在看到的光譜。

　　經(jīng)計(jì)算，只要那顆恒星的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的300倍左右，就能完美地解釋天文學(xué)家在類星體J1342+0928光譜中觀察到的鐵鎂元素豐度比。

　　如果這個(gè)結(jié)論是正確的，那將是顯示第一代恒星存在過(guò)的第一個(gè)證據(jù)。第一代恒星對(duì)于我們理解宇宙至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兪堑谝慌a(chǎn)生重元素的恒星，而重元素是形成巖石質(zhì)行星乃至生命的必需材料。