新研究表明早期宇宙充满了比我们太阳大一

　　一幅插图，展示了在一个由噼啪作响的橙色辐射和发光的黑洞组成的湍流场中闪烁的星光。(图片来源:欧空局)

　　据美国太空网（By Paul Sutter）：一项新的研究发现，宇宙中第一批恒星的质量可能超过太阳的1万倍，大约是当今最大恒星的1000倍。

　　如今，最大的恒星有100个太阳质量。但研究人员发现，早期宇宙是一个更加奇特的地方，充满了寿命很短、死得非常非常年轻的巨型恒星。

　　一旦这些注定要灭绝的巨人灭绝了，环境就不再适合它们再次形成。

　　宇宙黑暗时代

　　130多亿年前，大爆炸后不久，宇宙没有恒星。除了几乎完全由氢和氦组成的中性气体热汤之外，什么也没有。然而，经过数亿年，这种中性气体开始堆积成密度越来越大的物质球。这一时期被称为宇宙黑暗时代。

　　在现代宇宙中，致密的物质球迅速坍缩形成恒星。但那是因为现代宇宙拥有早期宇宙所缺乏的东西:大量比氢和氦重的元素。这些元素在辐射能量方面非常有效。这使得密集的团块非常迅速地收缩，坍缩到足够高的密度，从而引发核聚变——通过将较轻的元素结合成较重的元素来为恒星提供动力的过程。

　　但是首先获得较重元素的唯一方法是通过同样的核聚变过程。多代恒星的形成、融合和消亡使宇宙丰富到了现在的状态。

　　由于没有快速释放热量的能力，第一代恒星必须在非常不同、也非常困难的条件下形成。

　　当尘埃和气体云坍缩，引发致密物质球内部的核聚变时，恒星就形成了。(图片来源:NASA/ESA/哈勃遗产团队(STScI/AURA))

　　冷锋

　　为了理解这些第一批恒星的谜团，一组天体物理学家转向了黑暗时代的复杂计算机模拟，以了解当时发生了什么。他们在1月份的一篇论文中报告了他们的发现，该论文发表在预印本数据库arXiv上，并提交给皇家天文学会月刊进行同行评议。

　　这项新工作具有所有常见的宇宙学成分:帮助星系生长的暗物质，中性气体的演化和聚集，以及可以冷却有时重新加热气体的辐射。但他们的工作包括其他人所缺乏的东西:冷锋——快速移动的冷冻物质流——猛烈撞击已经形成的结构。

　　研究人员发现，在第一颗恒星形成之前，有一个复杂的互动网络。中性气体开始聚集在一起。氢气和氦气释放了一点热量，这使得中性气体慢慢达到更高的密度。

　　但高密度的团块变得非常温暖，产生的辐射使中性气体分裂，并阻止其分裂成许多更小的团块。这意味着由这些团块组成的恒星会变得非常大。

　　这幅艺术家的作品展示了在一颗正在形成的大质量恒星中探测到的热浪所产生的爆炸。(图片鸣谢:Katharina Immer/JIVE)

　　超大质量恒星

　　辐射和中性气体之间的这些来回相互作用导致了大量中性气体的形成——第一个星系的开始。这些原星系深处的气体形成了快速旋转的吸积盘——在大质量物体周围形成的快速流动的物质环，包括现代宇宙中的黑洞。

　　与此同时，在原星系的外缘，冷锋气体如雨点般落下。最冷、质量最大的锋面穿透原星系，一直到达吸积盘。

　　这些冷锋猛烈撞击这些圆盘，使它们的质量和密度迅速增加到一个临界阈值，从而允许第一批恒星出现。

　　那些第一批恒星不仅仅是普通的核聚变工厂。它们是巨大的中性气体团块，一下子点燃了它们的核聚变核心，跳过了分裂成小碎片的阶段。由此产生的恒星质量非常巨大。

　　那些第一批恒星会异常明亮，寿命极短，不到一百万年。(现代宇宙中的恒星可以活几十亿年)。在那之后，它们会死于超新星爆发的猛烈爆发。

　　这些爆炸将携带内部聚变反应的产物——比氢和氦更重的元素——然后为下一轮恒星形成埋下种子。但是现在被更重的元素污染了，这个过程不能再重复了，那些怪物再也不会出现在宇宙舞台上了。

　　最初发表于LiveScience.com。