宇宙中水的形成可能比我們先前認為的更接近于大爆炸

“我們非常驚訝，水很早就形成了，甚至在第一個行星誕生之前?！?/p>

藝術(shù)家留下的關(guān)于氣體云的印象來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超過5億年。

該研究的合著者、阿拉伯聯(lián)合酋長國大學(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——甚至在第一個星系誕生之前?！毖芯拷Y(jié)果顯示，如果這些最初的水儲存庫中的一些水存活于早期星系形成的充滿熱量的混亂中，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可居住的、富含水的世界?！斑@一切都與生命多早在宇宙中開始相關(guān)聯(lián)?！崩岱蛘f。

先前來自智利阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）的觀測表明，水在大爆炸之后大約7.8億年存在，當(dāng)時年輕的宇宙充滿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)家稱為第三星族恒星，這些恒星巨大無比，質(zhì)量達到太陽的幾十倍甚至數(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)，通過核反應(yīng)和分發(fā)進空間直到他們死亡，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)了一個青少年。”

為了確定水在宇宙中第一次形成的時間，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1220萬年，然后在一顆爆炸的超新星中死亡，在周圍的空間傾倒大約0.051個太陽質(zhì)量的氧氣（大約17000個地球的質(zhì)量）。更大的模擬恒星燃燒完燃料只用了260萬年，就爆炸結(jié)束了，向太空中噴射了55個太陽質(zhì)量的氧氣（超過1800萬的地球質(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，湍流的密度波動產(chǎn)生了漣漪，導(dǎo)致一些氣體凝聚成致密的團塊。這些殘留的團塊富含金屬，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，坐落在云層密度較大的地方，水可以免受來自附近恒星的強烈輻射的破壞。然而，他的團隊考慮了最簡單的情況，即每個團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或者多個兄弟姐妹。附近有多顆恒星意味著密度更大、富含水的團塊，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)計水可能存在，”拉提夫說。“這些是我們嘗試回答的第一個問題，但是我們需要更多人來研究這個話題，探索更多的細節(jié)。

他的團隊的后續(xù)模擬表明，這些窩藏水的團塊也是宜居世界合并的有力地點。這些團塊中的水是否能在數(shù)十億年的宇宙進化中持續(xù)存在，如果是這樣的話，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代的嚴酷條件下幸存的，拉提夫說，再電離時代指的是40萬年前大爆炸之后的一個時期，來自第一顆恒星和星系的電離紫外線彌漫在宇宙中，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產(chǎn)生微弱的輻射，拉提夫說，這可能會在未來十年被ALMA或在澳大利亞和南非即將開始的平方公里陣列探測到。如果這樣的排放確實被觀測到，它將會是一個“游戲規(guī)則改變者”，因為它將生命起源的范式轉(zhuǎn)換到大爆炸之后的幾億年內(nèi)。

“它開辟了一條全新的研究路線?！?/p>

BY: Sharmila Kuthunur

FY: Nora

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