比10萬個太陽還大，遠古宇宙的超級巨星或將現身

人們總是喜歡追問，我們究竟從何而來？生命是怎麼出現的？有人認為，生命是自然產生的。有人認為，生命過於複雜，自然無法產生，必然存在一位造物主，一個設計師，設計了生命，設計了我們。因為生命自然產生所需的時間，遠遠超過了宇宙的壽命。

但即便如此，認為生命是設計的產物，依然只是逃避了問題的核心。這樣的回答，讓這個問題陷入了死循環。假如生命真的是設計出來的，真的有一位造物主，那麼這位造物主又是從哪裡來的？

這是一個從古至今，直至未來，必將貫穿人類所有歷史的終極謎題。最近人們對“基因編輯”的大爭論，其實就是這個問題的側面延伸。

這個問題如果反饋在天文學裡，則有其獨特的形式。天文學家想要解開的一個終極之謎是：宇宙是從哪裡來的？宇宙為什麼會有今天這個樣子？我們生活在這個宇宙中，我們和這個宇宙究竟是一種什麼樣的關係？是宇宙碰巧孕育了我們？還是存在著另外的可能？

當我們的思維觸碰到認知的邊緣，就會發現那裡確實存在著許多“細思極恐”的問題。

比如，天文學家懷疑，在大約一百多億年前，宇宙是否曾經有過一個“黑暗紀元”？那時宇宙中連一顆恆星都還沒有。恆星的出現，給宇宙帶來了光明；也是恆星的出現，讓宇宙的面貌得煥然一新。

尋找宇宙史上的第一批恆星，因此成了許多天文學家夢寐以求的目標。

這些古老的恆星和我們今天看到的恆星其實有很大的區別。

巨型恆星，具體來說是質量至少為太陽8倍的恆星能夠變成黑洞。因為這些巨星的燃燒速度非常快，壽命非常短。它們在一生中的大部分時間裡，都在把氫通過核聚變，轉化為氦。氫耗盡後，它們會把氦轉化為更重的元素。層層轉化之後，直到生成鐵。鐵若想聚變成更重的元素，需要吸收能量，而不是釋放。因此聚變反應驟然中止。失去聚變壓力支撐的恆星在瞬間崩潰。外層被拋出，內核塌縮，大量物質被生生塞進一個體積極小的空間內。黑洞由此誕生。

黑洞之間存在著弱肉強食，黑洞也會吞噬周圍的其他星際物質，並在此過程中逐漸長大。若是時間足夠久，食物足夠多，黑洞會變得極其巨大，成為所謂的“超大質量黑洞”。這些怪獸中有很多隱藏在星系的中央，它們的質量可達太陽的幾百萬倍。

黑洞並不會因為胖而不吃東西。墜入星系中央超大質量黑洞的物質會在此過程中變得極其熾熱，產生極亮的光，比整個星系還要耀眼。這樣的天體有許多名字。類星體，耀變體，活躍星系核，指的其實都是同一樣東西——那些正在星系中央胡吃海喝的巨型黑洞。

聽起來很有意思，也有一點點恐怖，但這都不是重點。重點在於，類星體大多離我們極其遙遠，這意味著我們看到的，其實是宇宙還很年輕時（最多是大爆炸後幾十億年）的景象。而這裡就產生了一個矛盾。如果超大質量黑洞果然是沿著前面所講的順序演化而來的，那麼這個過程所需的時間，遠遠超過了宇宙當時的年齡。為什麼在宇宙還很年輕的時候，類星體就已經存在了？這就是超大質量黑洞的起源之謎。

由此天文學家想到，在早期宇宙中，從恆星到黑洞再到類星體這一條演化路徑，可能是不適用的。早期宇宙中必然存在一條能夠產生大型黑洞的捷徑。這條可能的捷徑就是，超大質量黑洞是由超大質量恆星直接塌縮產生，或以此為基礎，經歷較少的合併過程後產生的。

令人瞠目結舌的一點是，這裡所說的超大質量恆星，其質量可達太陽的10萬倍以上。

這麼大的恆星，今天是不可能存在的。假如我們把這麼多物質壓縮到恆星產生所需的小空間中，它們就會變得不穩定，其內部會發生許多相互作用，進而解體。它們會像手中的餅乾一樣化為碎屑。其最終結果是產生許多大小一般的恆星，而不是一顆單一的巨星。

但在宇宙的黎明紀元，情況不太一樣。首先，那時候不存在重元素，核聚變剛開始不久，星際環境還沒有被它們汙染。重元素產生的輻射，會讓氣體雲降溫，並使其很容易分解成小塊。其次，年輕的宇宙沐浴在那些突然出現的較小恆星產生的高能紫外輻射中，這些輻射能夠分解分子氫。而氫結合成分子，也是導致冷卻，以及巨型氣體雲裂解的關鍵原因。

所以雖然罕見，在黑暗紀元的末期，宇宙的環境條件可能適合巨星甚至超級巨星的誕生。那時，足夠多的物質能夠聚集在足夠小的體積內而不致於解體，並最終孕育出巨大無比的恆星。

這些巨星的壽命非常短，它們會直接塌縮成大型黑洞，進而快速演變成超大質量黑洞，變成類星體。

這個思路聽起來不錯，但在科學裡，好的思路需要好的證據，才值得人們去相信。因此科學家亟需拍到這樣的一顆巨型恆星，拍到這樣一顆還沒有變成黑洞，還沒有變成類星體的超大質量恆星。

這很難，因為這些恆星早已不在了。而且如果它們存在的時間足夠早，那麼它們必然距離我們足夠遠。遠到它們雖然如此龐大，也難以被我們發現。

幸運的是，有科學家通過模擬發現，這些奇特恆星的表面溫度相當低，大約只有6000-8000K，這意味著它們非常紅。同時由於它們非常大，所以也非常亮。它們的亮度可達太陽的100億倍以上。這種集高亮和深紅於一體的特點，使其較易在紅外波段上被我們發現。

未來的大型紅外太空望遠鏡，會尋找這些恆星。假如在那個早已逝去的紀元裡確實存在超級巨星，假如當它們開始朝著巨型黑洞轉化的時候仍有一部分倖存，我們就有機會看到它們的樣子。

天文學家不斷想要看得更遠，看得更早。想要看到這個宇宙的誕生之初。或許，在我們知道自己是從哪裡來的之前，我們會更早看到，我們的宇宙是從哪裡來的。至少可以看到，它是怎樣一步步走到今天的。因此，宇宙中第一批超大質量恆星的現身，無疑也將帶來令人激動的一刻。

[參閱] https://arxiv.org/abs/1811.08911