韦布望远镜：发现远古“巨人”的踪迹

詹姆斯·韦布空间望远镜发现远古超大质量恒星存在的首个关键证据。

距离地球约25000光年的球状星团M13。球状星团的恒星密度极大，且大多极为古老。M13的直径不足150光年，在这个狭小的空间范围内，竟然密集地分布着十万颗以上的恒星。HST /STScI / NASA / ESA

传说宇宙诞生后不久曾经被巨人主宰。巨人们身形庞大，体重可达太阳的一万倍。它们生活在宇宙诞生仅4.4亿年的时候。它们是今天的恒星无法企及的超级巨星。

科学家猜测宇宙中存在过这些巨星，是因为他们发现在聚集了大量恒星的球状星团身上有一个让人困惑的谜：尽管这些恒星几乎是同时诞生的，但是其中有一些所含元素的比例却和其他恒星截然不同。

人们推测这是因为在宇宙诞生的初期阶段，在宇宙中的物质密度普遍还较高的时候，曾经出现过一批超大质量恒星。这些恒星的内部温度要比今天的恒星高很多，因而能够锻造出的元素比一般恒星重。这些恒星消亡后，它们制造的重元素污染了较小的幼年恒星，导致这些恒星元素比例异常。

但要证明这个推论十分困难。由于这些恒星的质量在太阳的5000至10000倍，它们内部的温度可以高达7500万摄氏度，它们早就以极快的速度燃烧殆尽，化身为极超新星（hypernova）而消亡。这些远古巨星的平均寿命只有200万年。

巨人已然退场，但踪迹依然存在。近日来自瑞士日内瓦大学的科学家，借助詹姆斯·韦布空间望远镜的红外观测能力，通过极为精确的光谱分析，在一个名为GN-z11的遥远星系周围，发现了许多被高浓度的氮元素包围着的球状星团。

这个星系存在于133亿年前。星系周围有高浓度的氮只说明一件事：有大量的氢元素在极端高温环境中被转化成了氮，而这样的环境理论上只可能存在于传说中的超大质量恒星内部。

参考
Celestial monsters at the origin of globular clusters
https://www.unige.ch/medias/en/2023/des-monstres-celestes-lorigine-des-amas-globulaires
N-enhancement in GN-z11: First evidence for supermassive stars nucleosynthesis in proto-globular clusters-like conditions at high redshift?
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2023/05/aa46410-23/aa46410-23.html