长久以来，科学界普遍认为行星形成是一个较为缓慢的渐进过程，通常要等到宇宙年龄达到今天的一半左右，且宇宙平均金属丰度超过某个临界值后，行星形成活动才会迎来高峰。然而，一项新研究彻底颠覆了这一传统认知。
这项发表于《天体物理学杂志快报》的研究，借助数值模拟有了惊人发现：在宇宙黎明时期，也就是大爆炸后仅约1亿年，超新星爆发就能把周围局部气体的金属丰度大幅提升，最高可达到太阳金属丰度的水平。研究证明，作为类地行星前身的星子，能在超新星爆发留下的遗迹中，围绕低质量且寿命漫长的恒星形成，而且这一过程可能发生在最早星系形成之前，远超此前预期。
宇宙中的第一代恒星被称为星族III恒星。它们诞生时，宇宙中满是几乎未受重元素污染的原初气体，主要成分是氢、氦和少量锂。在这些最早的恒星里，部分质量极其巨大，最终以剧烈的超新星爆发结束生命。这些爆发意义重大，它们首次将恒星内部制造的重元素大量释放到宇宙中。
碳、氧、铁等元素，不仅是生命形成的重要原料，也是形成岩石行星必不可少的物质。没有这些重元素，就难以形成尘埃颗粒，更无法进一步形成星子和类地行星。所以，第一代超新星堪称宇宙中最早的一批“重元素工厂”。其中，有一种特别极端的爆发类型——对不稳定超新星，威力巨大，能将原来的恒星彻底摧毁，一次爆发就能向此前几乎不含重元素的周围环境抛出超过100个太阳质量的重元素。
宇宙学模拟显示，这些超新星产生的氧，可能使超新星遗迹中的致密气体核心含有相当比例的水。这或许为后续世代恒星周围形成富水的原行星盘创造了条件，让行星形成所需条件最早可能在大爆炸后1.5亿至2亿年就已具备。
星子是行星形成过程中的关键中间阶段，它们比普通尘埃和颗粒大得多，但还未成长为真正的行星。为检验星族III超新星遗迹中的富水致密核心能否形成星子，研究团队开展了数值模拟，追踪了一个位于对不稳定超新星遗迹中的致密气体核心，如何在自身引力作用下坍缩，并在一颗原恒星周围形成原行星盘。
模拟从质量约为1个太阳质量的气体云核心发生引力坍缩开始。随着气体云不断坍缩，物质向中心聚集。大约2.4万年后，一颗原恒星形成。不过，气体不会全部直接落向恒星，由于原始气体具有角动量，一部分物质会围绕正在形成的恒星旋转，逐渐形成一个扁平的原行星盘。
通过进一步追踪早期原行星盘中气体和尘埃的演化，研究人员发现，在低质量原恒星周围，盘中的固体物质能够不断聚集，最终形成星子。模拟中，大量星子集中出现在距离中心恒星约0.5 - 1.0个天文单位的位置，而地球与太阳之间的平均距离正好是1个天文单位，这些星子的总质量达到数个地球质量。
虽然模拟未继续计算到完整行星形成，因为这需要复杂的多体建模和大量计算资源，但已形成的星子数量足够多，原则上可以进一步聚集成火星质量甚至地球质量的行星。
这项研究还有一个令人意外的结果：极早期原行星盘中存在相当丰富的水，水的质量分数只比太阳系形成时期的相应水平低几倍。这意味着如果盘中的星子最终成长为行星，这些行星可能以与地球相似的方式获得水。这表明，宇宙最早的一批类地行星或许并不缺水，适合行星形成的条件出现得比此前认为的要早得多。那么，潜在宜居的世界是否也可能更早出现呢？这无疑引发了人们更多的思考。
