宇宙之初的巨恒星

伤我心太深

　宇宙之初的巨恒星体积巨大，重如100万个太阳：这应该就是宇宙中第一批恒星应有的形态。当然还有待观测证实。

　　“们的质量相当于上万个、甚至十万个太阳”，这是东京大学吉田直树的计算结果；巴黎天体物理研究所的玛尔塔·佛隆特利（Marta Volonteri）更为激进，她认为是“几十万个太阳”。

　　继续“出价”？得克萨斯大学的雅典娜·史黛西（Athena Stacy）提出的数据再创新高，她认为“应该会达到百万个太阳的质量！它们真的非常巨大，直径可相当于100倍日地距离”。

　　130亿年前，宇宙自大爆炸诞生，最初的星系逐渐形成，那时的恒星质量就是如此大得惊人。

　　在无尽的黑暗中，这些巨人尽情闪耀了数亿年，因为在它们的核心，深藏着初生宇宙的全部物质。它们是超越物理极限的存在，是转瞬即逝的庞然巨物，是迄今为止无人想到，也从未被观测到的巨型星球。



　　在描绘宇宙第一批居民这项任务上，天文学家自1980年代以来只掌握着一条信息，那就是它们所自诞生的空间的物质构成。那既不是宇宙尘埃，也不是复杂的分子，而是由最轻的原子构成的一锅原始汤，即大量的氢，加上少量的氦和锂——这些都是宇宙大爆炸所产生的元素。在这一基础上，科学家得以建起一种标准模型。根据模型，第一批恒星（星族Ⅲ天体）相当巨大，质量可相当于数百个太阳。

　　“与目前宇宙中恒星的复杂形成过程相比，这些早期恒星曾被视作简化的实验室。”得克萨斯大学该课题的研究专家弗尔克尔·布鲁姆（Volker Bromm）描述说。

　　但是到了2012年，事情变得复杂起来。在应用了新的模型后，天文学家发现恒星胚胎会自转，使得围绕它们的气体最终形成一个扁平的圆盘。这个盘体很快变得质量巨大，因此不可避免地不再稳定，进而分裂形成好几个恒星胚胎。

　　“于是出现若干个小型原恒星，而不是一个质量数百倍于太阳的巨型星体。它们大多数最终会被狠狠抛向远方。”弗尔克尔·布鲁姆说道。

　　就这样，模型开始预言成组的小恒星，每一个质量只是太阳的十几倍，其中一部分可能至今仍存在。“最新的模拟生成的恒星也有与太阳一般大小的。”雅典娜·史黛西激动地说。

　　无数的小恒星，而不是一颗颗巨型星球……只不过它们并不是唯一的宇宙原住民！

　　因为天文学家同时发现了黑洞的踪迹，这些质量极为巨大的死亡恒星，估计在宇宙诞生后的10亿年内就出现了。

　　但这些黑洞不可能由消亡的小恒星形成……只能来自无比巨大的死亡恒星。

　　“在宇宙深处——即远古宇宙，在天文学中，观察遥远的天体就有如在回溯时光——发现了40多个类星体（亮度极高的星系）。”吉田直树介绍道，“我们认为它们的光是由那些坠入黑洞的物质产生的，这些黑洞的质量相当于10亿个太阳。”

　　“如果所有的原始恒星都很小，那么这些黑洞就不可能存在。”玛尔塔·佛隆特利总结道。天文学家重新进行了模拟，发现如果考虑恒星吸收周围物质，那么它们可以达到1000倍、10000倍、100000倍……甚至100万倍太阳质量！

　　影像将现

　　这些恒星因而可以吸聚它们所在的星系胚胎中的所有物质。然而，聚成的天体越是巨大，它的寿命越是短暂。在由于不稳定而坍缩成黑洞前，它们只能存活几亿年，甚至更短。

　　这种现象估计极为少见，但已经让天文学家浮想联翩。因为根据他们的计算，这些巨星的光亮应该能够被詹姆斯·韦伯空间望远镜观测到，而这台空间望远镜将在2018年取代哈勃望远镜。

　　这将会是第一次对宇宙之初的直接观测。现下，天体物理学家只能在模拟中想象这一黑暗时期，它充满了无数的谜题。“这个最初的宇宙是如何演变成今天这个复杂世界的？原本混沌的太初是如何突然变为澄明世界的？”弗尔克尔·布鲁姆列举道。

　　让我们相约在三年后，共睹空前的天体物理学巨怪吧！

　　撰文/Mathilde Fontez 编译/冯烨磊