即使我们看不到第一批恒星 我们也可以探测到它们对第一批星系的影响

长期以来，我们对宇宙最初星系的理解很大程度上依赖于理论。那个时代的光经过数十亿年才到达我们这里，在途中，它被遮蔽并延伸到红外线中。关于第一个星系的线索就隐藏在凌乱的光线中。现在，我们拥有了詹姆斯·韦伯太空望远镜及其强大的红外功能，我们可以比以往任何时候都更加清晰地了解过去。

詹姆斯韦伯太空望远镜对一些最早的星系进行了成像，带来了大量新的见解和具有挑战性的问题。但它看不到单个恒星。

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恒星是强大的动态物体，具有强大的力量。它们可以将原子融合在一起形成全新的元素，这种行为称为核合成。超新星在这方面尤其有效，因为它们强大的爆炸释放出能量和物质的漩涡，并将其传播回宇宙。

超新星自宇宙诞生之初就已存在。宇宙中的第一颗恒星被称为第三族恒星，它们是质量极大的恒星。大质量恒星是爆炸为超新星的恒星，因此在第三星族恒星中超新星的数量一定非常多。

新的研究探讨了所有这些超新星如何影响它们的宿主星系。论文“第三族超新星如何确定第一星系的性质”已被《天体物理学杂志》接受发表。主要作者是中央研究院天文与天体物理研究所的陈克荣。

恒星金属丰度是这项工作的核心。当宇宙开始时，它由原始氢、氦以及微量的锂和铍组成。如果你检查元素周期表，就会发现这些是前四种元素。比氢和氦重的元素在天文学中被称为“金属”，由于恒星的核合成，宇宙中的金属丰度随着时间的推移而增加。

但氢当时和现在一样主宰着宇宙。只有当第一批恒星形成并爆炸后，其他元素才开始发挥作用。

这篇新论文的作者写道：“z ~ 20 ~ 25 的原始(Pop III)恒星的诞生标志着宇宙黑暗时代的结束以及第一个星系和超大质量黑洞(SMBH)形成的开始。” 但他们作为天文金属创造者的角色是这项研究的核心。

研究人员使用计算机流体动力学模拟来研究 Pop III 恒星如何塑造早期星系。他们研究了核心塌缩超新星(CCSNe)、不稳定对超新星(PISNe)和超新星(HNe)。

恒星只能由寒冷、致密的气体形成。当气体太热时，它的密度不足以塌陷成原恒星核心。研究人员发现，当 Pop III 恒星作为超新星爆炸时，它们会产生金属并将其扩散到周围的气体中。这些金属迅速冷却了恒星形成气体，导致更多恒星更快形成。“我们的研究结果表明，来自头重脚轻的 Pop III IMF <初始质量函数>的信噪比会产生更多的金属，从而导致第一个星系中更有效的气体冷却和更早的 Pop II 恒星形成。”

模拟显示，来自 Pop III SN 的超新星遗迹 (SNR) 落向它们所在的暗物质晕的中心。“这些 Pop III SNR 和原始气体被晕引力拖向其中心，”作者解释。这些信噪比有时会发生冲突并产生湍流。湍流将来自超新星的气体和金属混合在一起，“产生丝状结构，由于气体的自重力和金属冷却，很快就会形成致密的团块。”