宇宙第一批恒星是如何形成

科学家并不确定第一批恒星是如何形成的。这副艺术家印象图描绘了一个原始星系被星系中央的超大质量黑洞所主宰，黑洞随着物质落入其中而释放出大量辐射。

美国太空网报道，一直以来天文学家都在试图理解恒星是如何形成的，宇宙第一批恒星是如何形成的这个问题已经成为经久不衰的谜题。虽然这个课题非常复杂且令人迷惑，研究人员表示他们希望在不久的将来，通过利用新的改进的电脑模型和天文望远镜，能够取得大幅度的进展。

“恒星最初是如何形成的是个非常具有争议性的问题，” 美国纽约美国自然历史博物馆天体物理学馆长、天文学家莫迪凯·马克·麦克罗（Mordecai-Mark Mac Low）这样说道。他写的一篇相关研究发表在6月27日的期刊《科学》上。“但这也是个非常重要的问题。”

曾几何时，宇宙还没有任何恒星存在。整个宇宙只是由未分化的气体组成的统一广阔的区域。最终——可能几百万年后，科学家预估计——第一批恒星开始形成，恒星的出生率在宇宙大爆炸（100亿年前）后38亿年达到了顶峰，当时恒星形成的速率大约是现在速率的10倍。

想要理解当时这个过程是如何发生的是非常困难的，因为宇宙是一个非常广袤且不同的地方。首先，它当时非常密集，物质非常紧密的堆积在一起，使得气体能够轻松的到达一定的密集度，从而在引力作用下自我坍塌并引发核聚变。此外，恒星改变了宇宙，在整个宇宙中消散了它们产生的元素。

“没有恒星，就没有金属，没有比氦和锂更重的元素，更没有创造生命所需的其它元素。” 马克·麦克罗这样说道。“碳、氮和氧都形成于恒星。”这些元素在宇宙中的出现改变了恒星形成的条件，影响了气体冷却和坍塌的方式。

当科学家理解了原始恒星形成与现在恒星形成诸多不同原因后，他们往往很难在计算机模拟里建立这个过程的模型。其中一个问题便是，这些模拟无法深度探讨足够的细节，以精确的计算具体发生的事件——这类似于摄影里缺少足够精良的分辨率。

“这类似于相机里的像素，” 马克·麦克罗说道，“如果你的物体大约是3个或4个像素大小，它显示出来只是一片模糊，这就是目前我们所面临的问题。”例如，分辨率问题导致模型无法确定并维持系统中存在的极度炙热气体的正确数量，并且无法模拟炙热气体是如何在星系里増积的。

然而，在不远的将来，理论学家希望能够在更多更好的超级计算机上利用增强的模拟来克服这一问题。“更大更好的模型能够直接渗透入我们所讨论的架构里，” 马克·麦克罗说道，“更多的有效结合使用现存机器和新机器”也将有所帮助，他补充说道。

另外从观测角度看，天文学家希望透过时间和空间窥探过去以观测第一批恒星与星系，从而更清楚的了解早期恒星的形成，同时获得早期有多少恒星存在的概况信息。这将通过新望远镜的使用而实现，例如位于智利阿塔卡马沙漠的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)，或者称ALMA天文台，以及正在世界各地建造的被定义为“极大望远镜”（Extremely Large Telescopes）的设备。

“很多即将运行的不可思议的设备将帮助我们更好的理解这些问题，” 马克·麦克罗说道。天文学家甚至可能幸运的利用大型巨大天体，例如星系群，作为宇宙放大镜，利用广义相对论的效应观察它们背后的遥远天体。这样的星系群放大镜将解释宇宙存在的第一批星系。如果幸运的话，科学家在未来几年应该能够获得有关恒星起源的新见解。（凤凰科技 编译/严炎刘星）