宇宙誕生初期的恒星究竟是什么模樣?長期以來,天文學家只能通過理論模型進行推測。如今,詹姆斯·韋布空間望遠鏡(JWST)的最新觀測成果,為這類被稱為“第三星族星”的古老恒星提供了迄今最直接的證據。研究顯示,它們可能聚集在宇宙大爆炸僅4億年后形成的小型伴天體周圍,這一發現有望重塑人類對早期宇宙的認知。
與現代恒星不同,第三星族星由近乎純凈的氫和氦構成,彼時碳、氧、鐵等重元素尚未通過恒星核合成產生。科學家推測,這類恒星質量極大、溫度極高,壽命僅數百萬年,最終以超新星爆發的方式消亡,為下一代恒星播撒重元素。然而,由于它們誕生于宇宙早期,距離地球極其遙遠,人類此前從未直接觀測到這類恒星的存在。
2024年,劍橋大學羅伯托·馬約利諾團隊在早期宇宙最明亮的星系之一GN-z11的暈輪中,發現了一個異常信號。借助韋布望遠鏡的近紅外光譜儀NIRSpec-IFU,他們在距離主星系僅3千秒差距處的一個小型伴天體“赫柏”上,探測到一條微弱的發射譜線。這條譜線與雙電離氦的特征完全吻合,而產生此類信號需要極高能量的輻射。更關鍵的是,光譜中未檢測到任何重元素痕跡,這為第三星族星的存在提供了強有力支持。
與此同時,佛羅倫薩大學埃爾卡·魯斯塔團隊在同一位置獨立探測到氫發射譜線。兩項研究均未發現重元素存在的證據,進一步印證了“赫柏”天體與第三星族星的關聯。馬約利諾團隊通過高分辨率觀測證實,這條氦信號由兩個獨立部分組成,而魯斯塔團隊則通過理論建模,根據氦氫比例推算出這些恒星的質量范圍——多數約為太陽的10至100倍,與早期宇宙恒星質量更大的預測一致。
盡管仍需更多觀測來揭示這些古老恒星的完整演化歷程,但目前的研究結果已構成證明其存在的最清晰證據之一。若這一發現得到進一步驗證,人類將首次獲得直接觀測早期宇宙環境的窗口,為理解初代恒星如何塑造后續宇宙結構提供關鍵線索。從重元素的起源到星系的形成,這些古老恒星的秘密正逐步被揭開。











