從138億年前形成至今，宇宙一共孕育了3代恒星。我們的太陽已經(jīng)有46億歲了，它只是宇宙中的第3代恒星。還有一些恒星非常古老，年齡可能超過100億歲甚至更久，但也只是第二代恒星。
直到今天，天文學家們也沒有看見過第一代恒星。
它們到底在哪呢？又是什么模樣的呢？
我們知道，宇宙大爆炸之初，連原子都沒有，只有游離的電子和質子，后來它們才結合為原子的。在這種情況下，它們能結合形成的原子基本都是氫，還有少量的氦和幾乎可以忽略的鋰。
因此，第一代恒星的組成結構里，幾乎只有氫。至于比鋰還重的物質，是不存在的。只有當?shù)谝淮阈撬劳觯滦潜l(fā)的過程中，才會有更重的元素出現(xiàn)。于是，當?shù)诙阈切纬傻臅r候，就有一部分比較重的元素了。隨著第二代恒星再死亡，形成更多重元素，再孕育第三代恒星，重元素就更多了。
探測一顆恒星內部的成分并不難，天文學家通過對太陽的觀測，證明它包含的金屬元素比較多，屬于第三代恒星。至于只有氫的第一代恒星，至今沒有被發(fā)現(xiàn)。
第一代恒星是非常巨大的，其質量可能達到太陽的300倍以上！這么巨大的恒星，按理說也會非常明亮，觀測起來更容易，為什么仍然沒有被發(fā)現(xiàn)呢？
答案很簡單，因為越大的恒星，壽命越短，消失得越早。而且它們形成的時間也非常早，在宇宙大爆炸的僅僅1億年后就出現(xiàn)了。盡管人類的望遠鏡已經(jīng)可以探測到135億光年的遙遠宇宙，仍然不足以看到遠在137億光年外的它們。
而且，它們所處的位置，宇宙膨脹速度也非?？臁Ｎ覀冎?，在多普勒效應的作用下，這些恒星的波長也被拉到了可見光范圍以外，這就更難觀測了。
不過，天文學家找到了一個更好的辦法，那就是不直接觀測第一代恒星，而是觀測它們留下的痕跡。
由于體積和質量過于巨大，第一代恒星的死亡也很特別。普通的大質量恒星會通過超新星爆發(fā)的形式死亡，但它們的爆發(fā)屬于另一種特殊的超新星——不穩(wěn)定對超新星。這種超新星威力非常驚人，普通的超新星還會留下中子星或者黑洞，這種超新星什么都不會留下，會炸得灰飛煙滅。
這又是第一代恒星的另一大觀測難題，連遺體都沒剩下，那就只剩下最后的一絲線索了，那就是它們爆發(fā)出來的物質在宇宙中殘留的彌漫云。
最近，來自日本、澳大利亞和美國的研究人員在宇宙中發(fā)現(xiàn)了一種 "獨特的重元素混合物"。根據(jù)他們的分析，這種物質的來源除了第一代恒星之外，不可能是其他什么天體。也就是說，他們觀測到的很有可能就是第一代恒星爆發(fā)時留下的彌漫云。
為了尋找這種彌漫云，研究人員借助了一種特殊的天體——類星體。所謂的類星體，就是一些遙遠星系核心處極其活躍的超大質量黑洞。它們在瘋狂吞噬的時候會釋放出極其明亮的光芒，穿越茫茫宇宙，被我們觀測到。
而且，類星體通常距離我們100億光年以外，是最有可能和第一代恒星爆發(fā)的彌漫云處在相同位置的天體。只要它們的光穿越彌漫云，傳播到地球上，就會被天文學家捕捉到。再利用光譜儀將這些光進行分解，就能夠分析出彌漫云內部含有哪些物質，判斷它是不是由第一代恒星的不穩(wěn)定對超新星爆發(fā)形成的。
這個方法聽起來輕描淡寫，一筆帶過，實際上面臨著許多困難。且不提這些天體有多么遙遠，在光譜分析的過程中，還有除了元素豐度之外的因素影響著分析結果。如何排除這些干擾因素，也是研究人員需要解決的。
東京大學的天文學家Yuzuru Yoshii和Hiroaki Sameshima提出了一種新的方法，那就是利用波長強度來對彌漫云內的元素普遍性進行分析，從而能夠確定這個彌漫云內的元素組成。
他們發(fā)現(xiàn)，在131億光年遠的一個類星體周圍，有一個非常特殊的彌漫云。根據(jù)光譜分析，其鎂與鐵的元素比遠低于我們的太陽系。
Yoshii指出：“對我來說，這很明顯就是一顆星族III星（第一代恒星）的不穩(wěn)定對超新星?！?/p>
他還指出，這個彌漫云內的鎂鐵比非常符合一顆質量為太陽300倍的巨大恒星在不穩(wěn)定對超新星爆發(fā)時所產生的數(shù)據(jù)。也就是說，研究人員很可能發(fā)現(xiàn)了一片出現(xiàn)于宇宙大爆炸的僅僅7億年后的彌漫云。
Yoshii還說：早在2014年的時候，也曾經(jīng)有至少一個關于第一代恒星爆發(fā)遺跡的證據(jù)被發(fā)現(xiàn)，但當時的證據(jù)遠不如這一次這么可靠。
這次發(fā)現(xiàn)到底是不是來自于第一代恒星爆發(fā)的遺跡，仍然需要天文學家的進一步確認。如果能夠得到確認，那么人類將不只是第一次發(fā)現(xiàn)第一代恒星的遺跡，更是找到了發(fā)現(xiàn)這些遺跡的方法，未來有望發(fā)現(xiàn)更多的遺跡。
這些都記錄著宇宙最古老的歷史，可以幫助天文學家了解宇宙大爆炸后到底發(fā)生了什么。宇宙的誕生和演化歷程，正在一點點被天文學家勾勒出來。
相關研究已經(jīng)發(fā)表在最新一期的《天體物理學雜志》上。
