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韦伯望远镜捕捉氮元素“密码”:早期宇宙“怪兽恒星”现真容

   时间:2025-12-31 18:37:46 来源:快讯编辑:快讯 IP:北京 发表评论无障碍通道
 

在探索宇宙起源的征程中,詹姆斯·韦伯太空望远镜再次取得突破性发现——科学家通过分析遥远星系的光谱特征,首次捕捉到宇宙第一批恒星可能存在的化学证据。这些被称为"宇宙巨兽"的恒星,质量可达太阳的数千至万倍,却仅在宇宙诞生后约1亿年便短暂存在,它们的生命历程犹如宇宙黎明前的璀璨烟火,为解开超大质量黑洞形成之谜提供了关键线索。

研究团队将目光投向编号为GS 3073的远古星系,其光线历经128亿年抵达地球,相当于观测到宇宙仅10亿岁时的景象。光谱分析显示,该星系中氮元素与氧元素的比例异常偏高,达到正常星系的数倍之多。这种反常现象促使科学家重新审视宇宙化学演化模型,传统理论认为氮元素主要源自中等质量恒星晚期的恒星风,但GS 3073的氮含量远超普通恒星所能解释的范围。

理论物理学家提出颠覆性假说:这些异常氮信号可能源自宇宙首批恒星中的"超级恒星"。这些质量达太阳千倍以上的巨兽,内部核反应机制与普通恒星截然不同——氦燃烧产生的碳元素通过剧烈对流被输送到外层氢燃烧区,在碳氮氧循环中高效转化为氮元素。由于质量巨大导致对流异常强烈,合成的氮元素得以在整个恒星内部快速混合,同时较低的表面温度又防止了元素流失。

计算表明,这类恒星寿命极其短暂,质量达太阳万倍的个体仅能存在约25万年,相当于人类文明历史的二十分之一。它们在生命末期不会经历超新星爆发,而是直接坍缩形成黑洞。这种特性恰好解释了当前观测到的早期超大质量黑洞之谜:已知最遥远的8亿倍太阳质量黑洞,若从普通恒星坍缩形成的黑洞种子开始增长,所需时间远超宇宙年龄允许的范围。而若初始种子即来自"超级恒星"坍缩形成的万倍太阳质量黑洞,则只需数亿年即可增长至观测规模。

随着韦伯望远镜持续扫描早期宇宙,科学家计划开展三方面重点观测:首先确定氮过量现象的普遍程度,以判断"超级恒星"的形成条件;其次构建宇宙化学演化时间线,通过不同距离星系的化学组成分析揭示元素合成历史;最后结合高分辨率成像技术,直接观测早期星系中的恒星形成区结构。这些数据将与宇宙学模拟相结合,帮助重建宇宙最初十亿年的完整图景,从第一颗恒星点燃到第一批黑洞形成的全过程。

当我们凝视夜空,那些闪烁的光点实则是用元素书写的宇宙史诗。韦伯望远镜正帮助人类破译其中最古老的篇章,那些早已消逝的"宇宙巨兽",通过它们留下的化学指纹,仍在诉说着138亿年前宇宙童年的壮丽史诗。正如参与研究的科学家所言:"我们正在见证宇宙的开幕演出,这场盛宴远比想象中更加震撼人心。"

 
 
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