IT之家 3 月 13 日消息，生命在宇宙中首次出現(xiàn)的時(shí)間一直是科學(xué)家們探索的謎題。雖然目前尚無(wú)確切答案，但這一問(wèn)題與水在宇宙中首次出現(xiàn)的時(shí)刻密切相關(guān)。最新的模擬研究顯示，第一代恒星可能在大爆炸后僅 1 億至 2 億年就幫助形成了生命之源 —— 水，這一發(fā)現(xiàn)將此前的估計(jì)向前推進(jìn)了超過(guò) 5 億年。
“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)水竟然能夠如此早地形成，甚至早于第一批星系的誕生?！卑⒙?lián)酋大學(xué)的研究共同作者穆罕默德?拉提夫（Muhammad Latif）在接受 Space.com 采訪時(shí)表示。研究結(jié)果表明，如果這些最初的水儲(chǔ)備在早期星系形成的高溫混沌中得以幸存，并被新生行星吸收，那么在大爆炸后僅數(shù)億年，就可能出現(xiàn)富含水、適合居住的星球?！斑@都與宇宙中早期生命起源的故事緊密相連?！崩岱蛘f(shuō)。
此前，智利的阿塔卡馬大型毫米波 / 亞毫米波陣列（ALMA）的觀測(cè)結(jié)果表明，水在大爆炸后約 7.8 億年時(shí)就已存在。當(dāng)時(shí)，年輕的宇宙充滿了輕質(zhì)的氫和氦，以及少量的鋰。這些元素構(gòu)成了第一代恒星，即天文學(xué)家所稱的第三星族恒星。這些恒星體型巨大，質(zhì)量可達(dá)太陽(yáng)的數(shù)十倍甚至數(shù)百倍，壽命短暫，最終以超新星爆炸的形式結(jié)束生命。許多宇宙中的重元素，包括氧，都是在這些恒星內(nèi)部通過(guò)核反應(yīng)形成的，并在它們死亡時(shí)被拋射到太空中，后來(lái)被納入下一代恒星。
據(jù)IT之家了解，為了確定水在宇宙中首次形成的時(shí)間，拉提夫及其團(tuán)隊(duì)利用數(shù)值模型追蹤了兩顆第一代恒星的生命周期：一顆質(zhì)量是太陽(yáng)的 13 倍，另一顆則是太陽(yáng)的 200 倍。較小的虛擬恒星在 1220 萬(wàn)年后以超新星爆炸的形式死亡，向周圍空間釋放了約 0.051 太陽(yáng)質(zhì)量的氧（相當(dāng)于近 1.7 萬(wàn)個(gè)地球質(zhì)量）。而較大的模擬恒星在僅 260 萬(wàn)年后耗盡燃料，以爆炸的方式結(jié)束生命，向宇宙中拋射了高達(dá) 55 太陽(yáng)質(zhì)量的氧（超過(guò) 1800 萬(wàn)個(gè)地球質(zhì)量）。
模擬顯示，隨著每次超新星爆炸產(chǎn)生的沖擊波向外擴(kuò)散，湍流密度波動(dòng)形成了漣漪，導(dǎo)致部分氣體聚集成密集的團(tuán)塊。這些富含超新星噴射出的金屬（包括氧）的團(tuán)塊，可能是早期宇宙中水形成的主要場(chǎng)所。
拉提夫指出，位于云層較密集部分的水會(huì)受到保護(hù)，免受附近恒星強(qiáng)烈輻射的破壞。然而，他的團(tuán)隊(duì)目前只考慮了每個(gè)團(tuán)塊中僅形成一顆恒星的最簡(jiǎn)單情況，而理論模擬表明多星系統(tǒng)才是常態(tài)；天空中超過(guò)一半的恒星都有一個(gè)或多個(gè)伴星。多個(gè)鄰近恒星意味著會(huì)有更多富含水的密集團(tuán)塊，但也會(huì)產(chǎn)生更多輻射，這“可能會(huì)改變一些情況，但我們?nèi)匀活A(yù)計(jì)水可能會(huì)存活下來(lái)”，拉提夫說(shuō)。“這是我們?cè)噲D回答的首要問(wèn)題，但我們還需要更多人參與這一課題，深入探索?！?/p>
他的團(tuán)隊(duì)后續(xù)的模擬研究還表明，這些含有水的團(tuán)塊也是宜居星球形成的有利場(chǎng)所。然而，這些團(tuán)塊中的水是否能夠在數(shù)十億年的宇宙演化中持續(xù)存在，以及如何持續(xù)，目前尚不完全清楚。一種主流理論認(rèn)為彗星可能將水送到了地球，但拉提夫指出，來(lái)自早期宇宙的這類冰質(zhì)運(yùn)輸者不太可能在再電離紀(jì)元的惡劣條件下存活。再電離紀(jì)元是大爆炸后約 40 萬(wàn)年時(shí)，第一代恒星和星系發(fā)出的電離紫外線充斥宇宙，驅(qū)散了原始的宇宙迷霧。不過(guò)，研究人員尚未排除地球上的水至少有一部分可能是原始起源的可能性。
拉提夫表示，早期宇宙中富含水的行星群體會(huì)產(chǎn)生微弱的輻射，這可能在未來(lái)十年內(nèi)被 ALMA 或即將在澳大利亞和南非建成的平方公里陣列望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到。如果真的觀測(cè)到這樣的輻射，那將是一個(gè)“改變游戲規(guī)則”的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫@將把生命起源的時(shí)間框架推回到大爆炸后僅數(shù)億年。
“這將開辟一個(gè)全新的研究領(lǐng)域?！崩岱蛘f(shuō)。
該研究于 3 月 3 日發(fā)表在《自然?天文學(xué)》雜志上。
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