在銀河系中央附近最新發現的“宇宙第一星”HE0107—5240。
一直以來，銀河系是如何形成的，第一種重元素是怎樣、又是在哪形成的，這些都引起了人們極大的興趣。眾所週知，星星是由比氦重的元素合成的。但有沒有一些星星是在宇宙大爆炸後出現，不含重元素呢？最近，天文學家在銀河系中央附近發現了一顆古老的星星，這一新發現為我們研究宇宙大爆炸後宇宙的組成元素提供了重要線索。
神秘奇特的宇宙“遺老”
11月1日出版的《自然》雜誌報道説，一組來自瑞典、德國、澳大利亞、美國和巴西的科學家，最近發現了一顆遙遠又模糊的古老星星，估計這顆星星可以追溯至宇宙的起源。這顆巨大的星星被稱為HE0107－5240，它在雙魚座星雲上，距離地球約3.6萬光年。但由於它的光線非常弱，所以肉眼無法看到。它的最奇特之處在於，它幾乎不含金屬元素，這在銀河系裏是極其稀有的。雖然稀有，但科學家認為，宇宙間也許還存在著很多它的同類。
據報道，HE0107－5240僅比宇宙年輕10億年，這顆宇宙的“遺物”已經存在超過120億年了。HE0107－5240的金屬含量極低，比1997年發現的金屬含量最低的星星還要少20倍。這些古老的星星為研究星際形態的歷史以及宇宙早期化學元素的合成提供了非常重要的線索。
關於宇宙形成的大爆炸理論
關於宇宙的形成和演化，儘管有不少理論，但是大爆炸宇宙模型能説明最多的觀測事實，一般稱為標準宇宙模型。
大爆炸宇宙模型是俄裔美國科學家伽莫夫在1948年提出來的。其基本觀點是：迄今觀測到的宇宙，起始於最初的一次大爆炸事件。根據大爆炸宇宙學的觀點，大爆炸的整個過程是：在宇宙的早期，溫度極高，在100億℃以上。物質密度也相當大，整個宇宙體系達到平衡。宇宙間只有中子、質子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態的物質。但是因為整個體系在不斷膨脹，結果溫度很快下降。當溫度和密度降低到一定程度，約降到10億℃左右時，宇宙發生劇烈的核聚變反應，即大爆炸。大爆炸使物質四散飛出，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應下降，化學元素就是從這一時期開始形成的。溫度進一步下降到100萬℃後，早期形成化學元素的過程結束。宇宙間的物質主要是質子、電子、光子和一些比較輕的原子核。後來相繼出現在宇宙中的所有的星系，恒星、行星乃至生命等，總體上都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的。所以，這被稱為標準宇宙模型。大爆炸模型能統一地説明以下幾個觀測事實：
（1）大爆炸理論主張所有恒星都是在溫度下降後産生的，因而任何天體的年齡都應比自溫度下降至今這一段時間為短，即應小于200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。
（2）觀測到河外天體有系統性的譜線紅移，而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應來解釋，那麼紅移就是宇宙膨脹的反映。
（3）在各種不同天體上，氦豐度相當大，而且大都是30％。用恒星核反應機制不足以説明為什麼有如此多的氦。而根據大爆炸理論，早期溫度很高，産生氦的效率也很高，則可以説明這一事實。
（4）根據宇宙膨脹速度以及氦豐度等，可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。大爆炸理論的創始人之一伽莫夫曾預言，今天的宇宙已經很冷，只有絕對溫度幾度。
當時，一些科學家反對這一理論，並譏笑説：“如果宇宙起始於某次大爆炸，這種爆炸理應留下某種遺跡，那就請把它找出來吧！”與他們的願望相反，大爆炸的遺跡在1964年果真被找到了：這就是宇宙微波背景輻射。
1964年，美國貝爾電話實驗室的彭齊亞斯和威爾遜為了檢驗一台巨型天線的低噪聲性能，而把天線對準了沒有明顯天體的天區進行測量。他們發現，無論把天線指向何方，總能收到一定的噪聲。後來發現噪聲信號來自外部空間。科學家對這種微波輻射進行了比較分析。所謂輻射，就是電磁波，也就是光子氣體。進一步的精確測量顯示，這種輻射的溫度相當於絕對溫度3K的黑體輻射。由於這種輻射充滿整個天球，形成了整個宇宙背景的輻射，所以稱為3K宇宙微波背景輻射。它説明了宇宙在生成之初的大爆炸中，從高溫緻密態下脫胎出來。大爆炸的效應使得宇宙在不斷膨脹，其密度不斷變小，溫度也逐漸下降。
宇宙大爆炸模型，也與DNA雙螺旋模型、地球板塊模型、夸克模型一起，被認為是20世紀科學中最重要的4個模型。
新發現再證大爆炸理論
美國加州天文學家普列斯頓博士説：“HE0107－5240的發現總的來説，證實了宇宙大爆炸理論中的一個假設。”
其實早在25年前，科學家就一直假設不含金屬元素或低金屬含量的星星是存在的，但在這以前從來沒有人能證實這一理論的存在，科學家只能單方面進行猜測。
科學家們相信在宇宙大爆炸後，宇宙是由最輕的元素氫、氦和鋰組成的，後來由於發生了激烈的核聚合，經過化學反應，輕元素被合成了重金屬元素，像碳、磷和鉛。於是，其他元素在星星內部逐漸自然形成。
所以從理論上來説，宇宙間應該曾經有大量不含金屬元素或低金屬含量的星星存在，而且至今仍存在於宇宙間，但在HE0107－5240被發現以前，從來沒有人能證實這一理論。科學家説：“這一發現意味著不含金屬元素的星星確實存在。”科學家認為，此前一直未能發現HE0107－5240的存在，可能是由於觀察不當所致。
“元老”星體是怎樣形成的
澳大利亞天文學家邁克爾 貝斯爾説：“HE0107－5240應該是由第一代星星的碎片形成的，所以它含有極少量的重元素。”宇宙第一代的星星由氣體和爆炸産生的塵埃聚合而成，其特點是大塊、能快速燃燒且存活時間短。當它們爆炸時，宇宙首次出現了重元素，天文學家稱之為金屬。爆炸殘片導致了HE0107－5240的形成。
貝斯爾還透露，由9名成員組成的觀察小組是在對精心挑選出來的8000顆星星的考察中發現HE0107－5240的。目前，觀察小組只觀察了1／4的星星。
通過對像HE0107－5240這樣比較原始的星體周圍氣體的觀測發現，在銀河系和許多河外星系中，輕元素氦的同位素氘相對於氫的數量基本上是均勻分佈的。這和許多重元素的非均勻分佈形成了鮮明的對照，用宇宙大爆炸理論解釋就是：因為大爆炸後最初幾分鐘內預期出現的高溫高密狀態極易導致輕元素的合成；而重元素則是在眾多的恒星內核深處合成，直到發生超新星爆發時才大量散佈開來的，它們相對於氫的數量不會是均勻分佈的。
發現HE0107－5240的天文學家説：“這些古老的星星為研究星際形態的歷史以及宇宙早期化學元素的合成提供了非常重要的線索。”科學家們表示：“如果真能找到完全不含金屬的星星，我們的研究將能直接進入宇宙大爆炸時原始大氣的研究。”（趙文立整理）（生活時報） |
