天文学家借助詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST)获得了一项重大突破:在早期宇宙的遥远星系GS+3073中,检测到异常偏高的氮氧比。这一独特的化学特征为寻找宇宙第一代恒星——第三星族星提供了迄今最为直接的观测依据。这项研究由哈佛-史密松天体物理中心团队主导,成果已发表于权威学术期刊。
第三星族星诞生于宇宙大爆炸后约十亿年,由原始氢、氦气体直接坍缩形成,其质量可达太阳的数百至数千倍。尽管这类恒星寿命短暂,但剧烈的超新星爆发会将内部合成的重元素抛洒至星际空间,留下独特的化学印记。然而由于它们形成于宇宙黎明时期,与地球距离极其遥远,过去从未被直接观测到。
研究团队负责人德韦什·南达尔指出,传统星系演化模型认为恒星质量上限约为太阳的120倍,但GS+3073的化学信号对这一理论提出了挑战。该星系的氮元素丰度远超已知恒星类型或宇宙事件能解释的范围,唯有超大质量第三星族星的存在才能合理解释。通过模拟质量为太阳1000至10000倍的恒星演化过程,团队发现此类恒星能在短暂生命周期内快速释放过量氮元素,同时保持其他元素丰度稳定,与GS+3073的观测数据高度吻合。
这项发现标志着人类首次在红移z=5.55的星系中,通过化学丰度确认了第三星族星的存在。GS+3073的氮富集特征被视为超大质量第三星族星存在的"化学指纹"。研究还预测,宇宙中可能存在氮超丰程度更高的星系,未来韦布望远镜的观测有望进一步验证这一理论。
尽管成果引发广泛关注,学术争议也随之而来。剑桥大学学者罗伯特·马约利诺提出,第三星族星应形成于几乎不含重元素的"原始环境",而GS+3073已具备相对成熟的化学组成,两者形成条件似乎存在矛盾。对此,爱尔兰梅努斯大学约翰·里根回应称,早期宇宙本就充满未知,不能因现象奇特而否定其可能性。他强调,韦布望远镜的观测正在逐步揭开宇宙黎明的神秘面纱,第三星族星研究已进入全新阶段。
