宇宙中的那些第一代發光天體

2020-10-23 唐山科普

現在，大家已經基本接受了這樣的觀念：

宇宙並不是從來都是這個樣子的，而是一直在演化，其中的天體也不是與生俱來的，而是經歷了從無到有，從少到多的過程。

那麼，現在宇宙中那些我們熟知的發光天體：恆星、星系、黑洞等等，它們最早是怎麼來的呢？我們的銀河系非常古老，其中最老的恆星有一百多億歲。宇宙中最早的發光天體必然形成於更早的時期，那時的宇宙還是一個小孩兒。

圖1：宇宙的演化歷史。宇宙的年齡約137億年，第一代發光天體大概形成於宇宙年齡在幾千萬年到幾億年之間，在這之前宇宙經歷了一段所謂「黑暗時期」（圖源：NASA）

第一代恆星

圖2：左圖，第一代恆星的藝術想像圖；右圖，銀河系的藝術想像圖。早期宇宙中，一個小質量的暗物質暈裡往往只能形成一個或幾個恆星，而現在的宇宙裡，單單我們銀河系中就有多達1000億顆恆星（圖源：左圖https://kipac.stanford.edu/media/first-starlight，右圖NASA/JPL-Caltech）

圖3：數值模擬給出的第一代恆星超新星爆發之後的情形。這個超新星的前身恆星的質量為200倍太陽質量，總共釋放了約1052爾格的能量。一顆這樣的超新星爆發，拋出的物質傳播的距離就可以達到銀心到太陽距離的約四分之一（圖源：Greif等人2008年的研究論文）

圖4：詹姆斯·韋伯望遠鏡（JWST）的探測範圍可以達到紅移約20，有可能捕捉到第一代恆星的信息（圖源：NASA）

第一代星系

第一代黑洞

圖5：黑洞是一種依然神秘的天體。星系中心的超大質量黑洞有的很安靜，幾乎不發出任何輻射，有的則非常活躍，不斷吞噬周圍的物質，發出劇烈的輻射。目前人們依然沒有弄清超大質量黑洞的起源（圖源：NASA/JPL-Caltech）

圖6：兩種第一代黑洞形成的途徑，上為第一代恆星死亡之後形成的恆星級黑洞，下為直接坍縮形成的中等質量黑洞（圖源：張萌後期處理）

文章來源：科普中國網

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