尋找宇宙初生恆星困難重重天文學總算找到了線索

初生的恆星，估計在宇宙一億歲時誕生，還不到現在宇宙年的1%。第一代恆星在天體物理學中也稱為恆星族III（依金屬含量比例分類，恆星族I如太陽；恆星族II常見於球狀星團內的老恆星，它們的金屬含量較少；恆星族III除了氫和氦之外，其它金屬含量更低）。

天體物理理論認為，第一代恆星形成時的大質量，導致恆星的生命週期走到超新星爆炸時，所炸出來的元素會散佈在星際空間。然而，幾十年天文學家孜孜不倦地搜索，還是沒有找到這些初生恆星存在的直接證據。

天文學家使用近紅外線光譜儀，於雙子星天文台（Gemini Observatory），其中一台口徑8.1米望遠鏡，觀測數顆已知最遙遠的類星體。分析類星體周圍雲氣的光譜，發現不尋常的組成：它的含鐵量比太陽多二十倍，而鎂鐵[Mg/Fe]的比例則是出奇地低。

天文學家相信這種特徵，是來自第一代恆星以不穩定對超新星（Pair-instability supernova）的型態爆炸所留下。估計該顆恆星約為太陽質量一百五十至二百五十倍的巨型恆星。與其它超新星不同的是，它不會在原處留下殘骸（例如：中子星或黑洞），而是將所有物質拋出。因此要找到第一代恆星的方法，第一個是正巧觀測到這類型的爆炸事件（要能遇到，可謂極其困難）；第二個是利用元素的化學特徵，辨別出那些是噴到星際空間的物質。但這也是件棘手的研究工作，因為光譜線的亮度，除了代表元素的含量之外，同時也包含其他物理參數，還需仔細校正。

為了尋找大質量恆星族III的存在證明，在多年前，天文學家聚焦在銀河系銀暈中的恆星，嘗試解答這難解之謎。今次從類星體光譜中元素的波長，利用它的強度來估計該元素含量，由東京大學的吉井裕生和鮫島寛明與其他共同作者發表：「一個質量約為三百個太陽質量的恆星，以不穩定對超新星炸出的鎂鐵比例，與我們這次觀測類星體的元素分析結果一致。」是個很振奮的研究成果，表示這個方法可應用於尋找初生的恆星。

如今的宇宙，儘管大質量的恆星族III已經不復存在，但遺留在星際空間的物質，可能依舊存在至今。為了更徹底解釋這個新發現，還需要更多其它不同來源的觀測結果，調查是否有相似的特徵。若確定這個是尋找第一代恆星的新工具，我們對宇宙演化的細節也就能夠梳理和更加清晰。

【圖：美國國家科學基金會；文：節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2022年9月28日出版的《天體物理學報》；標題是：Potential Signature of Population III Pair-instability Supernova Ejecta in the BLR Gas of the Most Distant Quasar at z = 7.54