首次观测锁定宇宙初代恒星踪迹：氮超标的证据

11月25日讯，知名科技媒体《新科学家》昨日（11月24日）发表研究文章，称天文学家借助詹姆斯·韦布空间望远镜，在早期宇宙星系GS 3073中探测到异常偏高的氮氧比，这一发现为寻找宇宙中第一代恒星（即“第三星族星”）提供了迄今为止最具说服力的化学证据。

来自哈佛-史密松天体物理中心的德维什·南达尔（Devesh Nandal）指出，现有所有恒星演化模型都基于一个基本假设：恒星质量通常不会超过太阳的120倍左右。

虽然理论界曾探讨过更大质量恒星存在的可能性，但始终未获得任何实际观测证据支持。不过，南达尔团队通过韦布望远镜对GS 3073星系进行观测后，在其化学成分中发现了异常富集的氮元素，这为超大质量恒星的存在提供了有力佐证。

研究团队强调，虽然其他遥远星系中也曾观测到氮元素富集现象，但GS 3073中的氮含量之高，已无法用已知恒星类型或宇宙事件来解释。

注：宇宙第一代恒星，天文学上称为“第三星族星”，诞生于由氢、氦等原始气体构成的巨大星云中。这些恒星质量极为庞大，可达太阳的数百甚至数千倍。

它们虽然燃烧得极为明亮，生命却异常短暂，最终以剧烈的超新星爆发终结，并将内部合成的重元素（天文学中的“金属”）抛洒至周围空间。

尽管这些恒星早已消亡，但它们留下的独特化学印记却长久保存在其宿主星系中。理解第三星族星如何创造和散播元素，成为破解韦布望远镜新发现化学谜团的关键。

为了揭开GS 3073星系氮元素超标的谜题，由弗吉尼亚大学的德维什·南达尔领导的团队利用先进的恒星演化模型进行了系统模拟。

研究团队追踪了质量为太阳1000至10000倍的超大质量第三星族星从诞生到消亡的全过程，分析其在不同核燃烧阶段的元素产出。

模型结果清晰地表明，只有在此质量范围内的第三星族星，才能在短暂的生命周期内快速产生并释放超量的氮，同时保持其他元素的丰度相对稳定。质量低于此范围的恒星无法产生足够高的氮氧比，而质量更高的恒星其氦氢比值又过低，这为解释GS 3073的化学成分划定了精确的恒星质量区间。

这项研究首次在红移z = 5.55的水平上，通过化学丰度确切地证实了第三星族星对其宿主星系的深远影响。GS 3073中独特的氮元素富集特征，成为了证明超大质量第三星族星曾经存在的“化学指纹”。

研究团队指出，宇宙中可能存在氮超量程度更高的星系，未来的韦布望远镜观测有望发现它们。近期，另一项针对LAP1-B星系的研究也从形成环境和质量分布的角度为第三星族星的存在提供了理论支持。这两项独立研究共同为利用韦布望远镜探索宇宙黎明、寻找第一代恒星奠定了坚实基础，宣告这些神秘的宇宙先驱已不再遥不可及。

不过，这一结论仍存在争议。剑桥大学的罗伯托·迈奥利诺提出，理论上第三星族星应形成于几乎没有重元素的“原始环境”中，而GS 3073在化学上已是一个相当“成熟”的星系，两者的环境似乎存在矛盾。

对此，爱尔兰梅努斯大学的约翰·里根回应称，早期宇宙的观测本就充满各类奇特现象，因此不能因为超大质量恒星“太特殊”就否定其存在的可能性。

参考

1000–10,000 M⊙ Primordial Stars Created the Nitrogen Excess in GS 3073 at z = 5.55