[비즈한국] 如今的宇宙中，有着数不清的繁星。但宇宙并非从一开始就有这么多星星。在最初的宇宙中，既没有恒星，也没有星系，只有在量子力学尺度上发生的极其微小且混沌的波动。在充满枯燥黑暗的宇宙中，不知从何时起，点点星光开始填补这片虚无。
宇宙的历史中，必然存在过那一颗照亮最初黑暗的恒星。在天文学中，这类恒星被称为“第三星族星”（Pop III stars）。虽然第一代恒星在宇宙漫长的历史中一定存在过，但由于距离太过遥远，我们从未亲眼见过它们的真身。不，曾经以为如此。或许，我们一直以来都在凝视着那场极其著名的现场，寻找着梦寐以求的Pop III星光。
天文学将恒星世代大致分为第一星族（Pop I）和第二星族（Pop II）。太阳和周围的年轻恒星属于Pop I。比太阳年龄更久远，约有100亿年历史的恒星则是Pop II。恒星世代的划分取决于其蕴含的重元素丰度。随着世代更替，恒星在消亡时会向宇宙留下更重的元素。在重元素还未丰盈的过去诞生的古老恒星，其重元素丰度较低；而随着宇宙中重元素逐渐扩散，后来诞生的年轻恒星则含有更多的重元素。
Pop II恒星大量聚集在今天我们观测到的球状星团中。但这还不是宇宙中的第一批恒星。在它们之前，存在着真正的第一代。因此，我们将其称为比Pop II更早的Pop III恒星。这些恒星应当是在大爆炸后首次诞生的。它们是在除氢和氦以外，没有任何重元素的时期形成的。也就是说，它们的重元素丰度理应完全为0。
到目前为止，还没有实际观测记录确认过这类恒星。遗憾的是，Pop III恒星由于质量太大，能够稳定发光的周期极其短暂。相对于宇宙的年龄，它们就像转瞬即逝的火花，极有可能在短暂闪耀后便迅速消失。即便现在搜寻再遥远的宇宙，亲眼目睹活着的Pop III恒星的机会也微乎其微。
近年来，偶尔会发现一些足以媲美Pop III的极其纯净的恒星。但即使如此，它们也仅仅是重元素丰度相对较低的恒星而已。真正的、完全不含重元素的Pop III恒星尚未被发现。即便存在，由于距离极其遥远，也很难看清单颗恒星的光芒。那么，我们是否可以期待看到仅由Pop III恒星聚集而成的最初的星系呢？
在宇宙尽头发现了一个具有代表性的星系——GN-z11。它是哈勃空间望远镜观测到的最遥远的星系之一，最近韦布空间望远镜对其进行了更详细的观测。这个星系保留了大爆炸后仅4亿年时那极其年轻的模样，正处于所谓“黑暗时代”的边缘，那里没有任何恒星或星系发光。
然而，在这个现场隐藏着令人震惊的存在。一个极其模糊、容易被忽略的小斑点出现在GN-z11星系旁边。得益于韦布空间望远镜对波长比可见光更长的红外线的观测，它才终于现身。在这个小斑点中，完全没有检测到如果存在金属成分就应该出现的“金属线”痕迹。取而代之的是非常强烈的氦II发射线。这意味着此处几乎没有碳或氮等金属，只有大量的电离氦。氦要电离必须处于极高的温度，说明此处的温度至少超过了10万开尔文，氦正在被瞬间电离。如此纯净、充满炽热电离氦的状态，与期待中Pop III星光的特征完全吻合。
令人惊讶的不仅于此。随后的进一步观测中，在完全相同的斑点中不仅发现了电离氦，还检测到了氢的痕迹。这意味着观测并没有出错，确实存在一个完全没有金属痕迹、只聚集了氢和氦的地方。Pop III的可能性变得更高了。如果这个神秘现场确实位于与旁边的GN-z11星系相似的距离，那么这个斑点距离中心星系约有3000光年。
更深入地观察发现，这个斑点大致分为两个区域，分别标记为C1和C2。其中C1区域似乎完全看不到任何金属成分的痕迹，是极其纯净的氢和氦团块，极有可能是聚集了纯粹Pop III恒星的区域。而C2区域看起来则受到了一些相对较重的元素的“污染”，这可能是刚发生的超新星爆炸所产生的影响。
总而言之，这个斑点可以看作是一个纯粹聚集了Pop III恒星的星团，其周边刚刚发生了超新星爆炸，沾染了金属成分的尘埃，随之正在诞生下一代Pop II恒星的现场。这可能是宇宙历史上从第一代恒星向下一代过渡的、宇宙最初的“世代交替”现场！天文学家们给这个斑点起了一个别名，即希腊神话中象征青春的女神之名——“赫柏”（Hebe）。
GN-z11星系虽然是宇宙早期的星系，但其中心拥有一颗黑洞。然而，仅靠黑洞的能量无法完美解释GN-z11相对于其体量显得过于明亮的现象。这或许是因为该星系中混合了那些正处于演化后期、即将面临死亡、质量巨大且明亮的恒星。如果是这样，应该会出现明显的重元素污染痕迹，但事实并非如此。唯一能解释这一矛盾的说法是，GN-z11星系中也聚集了大量纯净且耀眼的Pop III恒星。
通过分析“赫柏”斑点中那微弱却强烈的光芒，结果显示此处更多地聚集了质量在太阳10倍到100倍之间的巨大恒星。要解释所观测到的“赫柏”光谱及光线特征，必须具备比轻恒星更多的巨大恒星。这与我们预期的Pop III恒星形态一致。最初的恒星质量比现在大得多，自然其寿命也就变得极其短暂。
这种强烈的太初星光必然在瞬间电离了周围宇宙空间中的氢云。在“赫柏”斑点中出现的电离氢和氦的发射线证明了这种可能性。随着宇宙整体被电离，所有原子被分解，宇宙经历了一段透明的时期。这段时期被称为大爆炸后的“再电离时期”。如果此次发现的“赫柏”斑点确实是仅聚集了Pop III恒星的宇宙第一代星团，那么这将成为人类首次亲眼目睹“再电离时期”现场的案例。这可谓是真正地看到了宇宙黑暗结束、迈向本格光辉时代的那一扇门槛——也就是宇宙的黎明。
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有人看到星光戏弄国王，有人则因星光而梦想着迈向自由的大迁徙。曾经引导古老航海家在大海上航行的星星，如今也成为了飞向太阳系之外的探测器的导航员。
我们为何要仰望星光？这有什么意义呢？几年前，在一次采访中，被问到为什么要仰望星空时，我曾这样回答：“如果那飞越了数百、数千光年的星光，最终没能触碰到任何人的眼眸，那它该是多么失落啊。”或许，理解的真谛便在于此。
历史上首次通过望远镜观测星空并走近宇宙秘密的天文学家伽利略，为他记载发现的书籍取了一个绝妙的名字——《星际信使》（Sidereus Nuncius）。字面意思就是传递星星的消息。仰望星光并倾听天空，正是如此。“致地球人，来自星辰”正是星星寄给我们的信。星星寄出，我们收到的信。请翻开这本由夜空中最耀眼的十二道星光所传达的、历经138亿年的长信故事吧。
参考
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2026arXiv260320362M/abstract
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2026arXiv260320363R/abstract
作者池雄培（音译）简介：热爱猫咪与宇宙。儿时在看过《银河铁道999》后，便立志要将宇宙之美传达给世人。目前担任世宗大学自由专业学部助理教授，积极从事讲座与写作等多种科学传播活动。著有《每天一片宇宙》、《星光熠熠的宇宙科学家们》、《虽无法触及但可知》、《看到宇宙就会浮现的奇怪问题》等书籍，并翻译了《给真正航行宇宙的搭车客指南》、《我为何杀了冥王星》、《量子人生》、《Cosmigraphic》等作品。