最新研究告诉我们，宇宙第一代的恒星里有“大胖子”

6月7日，国际学术期刊《自然》在线发表了中国科学院天文台赵刚研究员带领的国际团队的一项重要成果，研究团队率先在银晕恒星中发现了第一代超大质量恒星演化后坍缩形成的对不稳定超新星（pair-instability supernova, PISN）存在的化学证据。该成果证实这一超新星源自于一颗第一代超大质量恒星，其质量高达260倍太阳质量，刷新了人们对第一代恒星质量分布的认知。

这个结论，其实是从第一代恒星的“化石”中得出的。让我们穿越亿万年的时间，一起开启“恒星考古”之旅。

虽然第一代恒星基本已经不存在了，但是你我身上都有它的印记

天文学家习惯将宇宙中最早诞生的一批恒星称为第一代恒星，也叫做星族III恒星。宇宙学理论认为，138亿年前大爆炸产生了宇宙，在宇宙刚诞生的一段时间内，到处都是一片黑暗，宇宙大爆炸之后约1-2亿年，才诞生了最古老的第一代恒星，发出照亮宇宙的第一缕曙光，也开启了宇宙中化学元素演变的序幕。

宇宙大爆炸后只产生了氢、氦和极少量的锂元素，人们普遍认为第一代恒星诞生于宇宙最早期几乎不含有任何金属元素（在天文学上，除了氢和氦之外的元素都统称为金属元素）的气体云中，这里无法有效地通过辐射来冷却（氢和氦原子的第一激发能级高于金属元素的激发能级），因此这些最古老的第一代恒星大气层中的金属含量极低，只存在氢、氦和极少量的锂。

在原始的气体云中形成了第一代恒星示意图 （图片来源：NASA）

理论认为第一代恒星的质量非常大[1][2]，处于几十到数百倍太阳质量之间，而寿命仅有几百万年（因为恒星越“胖”寿命越“短”），因此早在130多亿年前，绝大部分第一代恒星就以剧烈的超新星爆发的形式结束了一生。

第一代恒星的超新星爆发（图片来源：国家天文台）

在这个过程中，核聚变反应产生新的金属元素喷射到周围的环境中，这些金属有助于气体云的辐射冷却，让气体云可以孕育出质量更小、寿命更长的第二代恒星。一代又一代的恒星“前仆后继”，每一代新诞生的恒星的金属含量都会比它的祖先上一代稍微多一点点，宇宙中化学元素的种类和数量不断地增加。可以说，构成我们身体的很多种元素最初都是由第一代恒星产生的。

然而，第一代恒星的寿命如此之“短”，因此直接观测到第一代恒星的难度极大。直到今天，天文学家仍未在观测上真正看到过第一代恒星，“它们到底有多大”（术语称为质量分布）也一直成为天文学家研究的热点。