宇宙中水的形成可能比我們先前認(rèn)為的更接近于大爆炸

“我們非常驚訝，水很早就形成了，甚至在第一個(gè)行星誕生之前。”

藝術(shù)家留下的關(guān)于氣體云的印象來(lái)自于宇宙第一顆爆炸的恒星。新的模擬研究表明，這些恒星在大爆炸發(fā)生后的1億到2億年間幫助形成了生命所需要的水。

我們所知的生命什么時(shí)候第一次在宇宙中出現(xiàn)？

我們不能明確，但是答案與水第一次在宇宙中物質(zhì)化的時(shí)刻有著不可分割的聯(lián)系——新的模擬研究顯示，在大爆炸之后的1億到2億年，最開(kāi)始的一代恒星幫助形成給予生命的水。這推后了先前的估計(jì)超過(guò)5億年。

該研究的合著者、阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)大學(xué)的穆罕默德·拉提夫告訴Space.com：“我們很驚訝，水可能更早地形成——甚至在第一個(gè)星系誕生之前?！毖芯拷Y(jié)果顯示，如果這些最初的水儲(chǔ)存庫(kù)中的一些水存活于早期星系形成的充滿(mǎn)熱量的混亂中，它可能被新生的行星吸收， 在大爆炸的幾億年之后可能帶來(lái)可居住的、富含水的世界?！斑@一切都與生命多早在宇宙中開(kāi)始相關(guān)聯(lián)?！崩岱蛘f(shuō)。

先前來(lái)自智利阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）的觀測(cè)表明，水在大爆炸之后大約7.8億年存在，當(dāng)時(shí)年輕的宇宙充滿(mǎn)了輕量的氫和氮以及少量的鋰。這些元素形成了第一代恒星，被天文學(xué)家稱(chēng)為第三星族恒星，這些恒星巨大無(wú)比，質(zhì)量達(dá)到太陽(yáng)的幾十倍甚至數(shù)百倍，在成為超新星之前壽命特別短。許多宇宙較重的元素，包括氧氣，形成于這些恒星之內(nèi)，通過(guò)核反應(yīng)和分發(fā)進(jìn)空間直到他們死亡，合并成下一代恒星。

第一顆超新星可能使早期宇宙充滿(mǎn)了水，使大爆炸之后1億年的生命成為可能。

在迄今為止最遙遠(yuǎn)的星系中發(fā)現(xiàn)了氧氣：“這就像在你以為只有嬰兒的地方發(fā)現(xiàn)了一個(gè)青少年?！?/p>

為了確定水在宇宙中第一次形成的時(shí)間，拉提夫和他的同事們使用數(shù)值模型去追蹤兩顆第一代恒星的生命周期：一顆比我們的太陽(yáng)重13倍，另一顆比我們的恒星重200倍。這顆較小的虛擬恒星存活了1220萬(wàn)年，然后在一顆爆炸的超新星中死亡，在周?chē)目臻g傾倒大約0.051個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的氧氣（大約17000個(gè)地球的質(zhì)量）。更大的模擬恒星燃燒完燃料只用了260萬(wàn)年，就爆炸結(jié)束了，向太空中噴射了55個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的氧氣（超過(guò)1800萬(wàn)的地球質(zhì)量）。

模型揭露了當(dāng)每顆超新星發(fā)出的沖擊波向外放射時(shí)，湍流的密度波動(dòng)產(chǎn)生了漣漪，導(dǎo)致一些氣體凝聚成致密的團(tuán)塊。這些殘留的團(tuán)塊富含金屬，包括超新星噴出的氧氣，可能是早期宇宙形成水的主要區(qū)域。

拉提夫說(shuō)，坐落在云層密度較大的地方，水可以免受來(lái)自附近恒星的強(qiáng)烈輻射的破壞。然而，他的團(tuán)隊(duì)考慮了最簡(jiǎn)單的情況，即每個(gè)團(tuán)塊中只形成一顆恒星，而理論模型表明，多恒星體系是常態(tài)；空中一半以上的恒星都有一個(gè)或者多個(gè)兄弟姐妹。附近有多顆恒星意味著密度更大、富含水的團(tuán)塊，但是也意味著更多的輻射，“這可能改變一些事情，但是我們?nèi)匀活A(yù)計(jì)水可能存在，”拉提夫說(shuō)?！斑@些是我們嘗試回答的第一個(gè)問(wèn)題，但是我們需要更多人來(lái)研究這個(gè)話(huà)題，探索更多的細(xì)節(jié)。

他的團(tuán)隊(duì)的后續(xù)模擬表明，這些窩藏水的團(tuán)塊也是宜居世界合并的有力地點(diǎn)。這些團(tuán)塊中的水是否能在數(shù)十億年的宇宙進(jìn)化中持續(xù)存在，如果是這樣的話(huà)，是怎樣持續(xù)存在的，目前還不完全清楚。一種主流理論表明，彗星可能輸送了水到地球，但是任何早期宇宙的冰傳送器都是不可能在電離時(shí)代的嚴(yán)酷條件下幸存的，拉提夫說(shuō)，再電離時(shí)代指的是40萬(wàn)年前大爆炸之后的一個(gè)時(shí)期，來(lái)自第一顆恒星和星系的電離紫外線(xiàn)彌漫在宇宙中，驅(qū)散了原始的宇宙迷霧。然而，研究人員還沒(méi)有排除地球上至少有一部分水可能是原始起源的可能性。

在早期宇宙富含水的星球的人口會(huì)產(chǎn)生微弱的輻射，拉提夫說(shuō)，這可能會(huì)在未來(lái)十年被ALMA或在澳大利亞和南非即將開(kāi)始的平方公里陣列探測(cè)到。如果這樣的排放確實(shí)被觀測(cè)到，它將會(huì)是一個(gè)“游戲規(guī)則改變者”，因?yàn)樗鼘⑸鹪吹姆妒睫D(zhuǎn)換到大爆炸之后的幾億年內(nèi)。

“它開(kāi)辟了一條全新的研究路線(xiàn)?！?/p>

BY: Sharmila Kuthunur

FY: Nora

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