第一顆恒星的誕生是宇宙漫長歷史中的一個(gè)重大時(shí)刻，麻省理工學(xué)院副教授 Robert Simcoe 這樣描述?！昂阈堑恼Q生使宇宙從誕生之初滿是氣體和暗物質(zhì)的混沌，邁入了我們現(xiàn)在看到的這般點(diǎn)綴著恒星和星系……它意味著宇宙開始聚合成我們今天看到的這個(gè)樣子。恒星誕生時(shí)間之久遠(yuǎn)令人驚奇，而且這一過程并沒有耗費(fèi)很久的時(shí)間?！?/p>
來自麻省理工學(xué)院、加州理工學(xué)院以及加州大學(xué)圣迭戈分校的學(xué)者們將視野伸向了時(shí)間誕生之初，即恒星及星系誕生之初的紀(jì)元，確定了不存在重元素蹤跡的時(shí)間。為了確定這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)分析了已知最遙遠(yuǎn)的的類星體的光譜，這個(gè)類星體就如宇宙的核心一般，距離地球130億光年之遙。
對類星體的觀測為人類展現(xiàn)了宇宙初生時(shí)期的樣子——大約在大爆炸發(fā)生7億5千萬年之后。對類星體光譜分析證實(shí)了類星體周圍的氣體星云中不存在重元素——證明了類星體的存在距恒星產(chǎn)生的時(shí)期很相近。
“恒星最初會(huì)形成于宇宙中的不同地區(qū)……而不像是在同一時(shí)期突然出現(xiàn)?！甭槭±砉W(xué)院物理系副教授 Rober Simcoe 說到，“但這正是令人覺得有趣的時(shí)候?！?Simcoe 及其同事已經(jīng)將研究成果發(fā)表在《自然》雜志上。
基于一些理論模型，科學(xué)家普遍認(rèn)為宇宙早期的發(fā)展遵循以下順序：大約140億年前，發(fā)生了一場巨大的爆炸——又稱為“宇宙大爆炸”，大爆炸將巨量的物質(zhì)及能量拋撒開來，創(chuàng)造了迅速膨脹的宇宙。在大爆炸后的數(shù)分鐘內(nèi)，質(zhì)子和中子在聚變反應(yīng)中互相碰撞，生成氫和氦。最終，宇宙的溫度下降到聚變反應(yīng)停止，也就不再產(chǎn)生基本元素，所以氫元素就是組成宇宙的最主要元素。而重元素（例如碳和氧）則直至第一顆恒星形成時(shí)才出現(xiàn)。
天文學(xué)家一直致力于分析遙遠(yuǎn)星系的光譜以分析第一顆恒星誕生于何時(shí)。宇宙中距離我們越遙遠(yuǎn)的事物，其年齡越久遠(yuǎn)。在這之前，人類最遠(yuǎn)只觀測到距今110億年前的物體。這些物體皆含有重元素，說明恒星在這宇宙的這一時(shí)期已經(jīng)很多，至少已經(jīng)有存在。
“天體物理學(xué)在這兒碰壁了，” Simcoe 表示，他同是也是麻省理工 Kavli 天體物理學(xué)與空間探索中心的學(xué)者。“但是這個(gè)類星體的發(fā)現(xiàn)，使得我們可以在觀測的時(shí)間上大幅向前追溯，使得我們的測量在時(shí)間上更加古老?！?/p>
本文中發(fā)現(xiàn)于去年8月的類星體是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的類星體。為了研究如此遙遠(yuǎn)的物體，Simcoe 及其同事搭建了一架紅外光譜儀，并將其搭載在位于智利的巨型地基望遠(yuǎn)鏡“麥哲倫望遠(yuǎn)鏡”上。
今年一月，研究團(tuán)隊(duì)在新發(fā)現(xiàn)的類星體上試驗(yàn)了望遠(yuǎn)鏡，從光譜中收集了相關(guān)數(shù)據(jù)。光譜儀將接收到的光線劃分到不同的波長范圍之中，研究者將結(jié)果制成了圖表。接著 Simcoe 就從中尋找蛛絲馬跡，將不同元素發(fā)射出的光波對應(yīng)起來?！懊糠N化學(xué)元素都有指紋，根據(jù)其吸收的光譜成分，就能辨別出物體的元素組成?！?Simcoe 指出。
Simcoe 的研究團(tuán)隊(duì)鑒定了類星體的“固有光譜”——由物體本身釋放的光譜——并和與已有數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，以期找出重元素的蹤跡。他們發(fā)現(xiàn)了氫元素，但卻沒能從光譜中發(fā)現(xiàn)氧、硅、鐵或是鎂。但是要完全確定重元素不存在則是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。Simcoe 感嘆道：“要確定某樣?xùn)|西的缺失總是很困難的?！?/p>
研究者考慮了各種可以解釋他們觀測到的光譜的情況，包括新生的星系或是其他擋在類星體之前的物質(zhì)。他們的努力最終確定了大爆炸之后7億5千萬年的類星體光譜顯示出其不含有重元素。
進(jìn)一步，Simcoe 希望分析其他處于同一時(shí)期的類星體，進(jìn)一步確認(rèn)這一時(shí)期的宇宙不含重元素。“如果我們能在這個(gè)紀(jì)元中發(fā)現(xiàn)我們的目標(biāo)，就可以著手進(jìn)行分析，” Simcoe 說，“在科學(xué)探索的邊緣地帶總會(huì)有驚喜?！薄浴蹲匀弧冯s志。
