研究：宇宙中的水在大爆炸后仅 1 亿至 2 亿年就已诞生

近日的消息来源于IT之家，科学家们一直在探索宇宙中生命首次出现的时间。尽管尚无明确答案，但这一议题与水在宇宙形成的时间密切相关。最新的模拟研究表明，第一代恒星或许在大爆炸后仅1亿到2亿年间就促成了生命之源——水的形成，此发现比之前的估计提前了超过5亿年。

阿联酋大学的研究共同作者穆罕默德·拉提夫（Muhammad Latif）在接受 Space.com 采访时表示：“我们对水能够如此早形成感到惊讶，甚至早于最初星系的出现。”研究结果显示，若这些早期的水资源能在高温混沌中 supervivir，并被新生行星吸收，那么宇宙大爆炸后仅几亿年内，或许就会出现富含水且适合居住的行星。拉提夫进一步指出，这一发现与宇宙中生命起源的故事息息相关。

以往的研究显示，智利阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（ALMA）观察到，在大爆炸后约7.8亿年时水已存在。年轻的宇宙当时充满轻质氢、氦及少量锂，这些元素形成了第一代恒星，天文学上称为第三星族恒星。这些恒星拥有巨大的体积，质量可以达到太阳的数十倍甚至数百倍，寿命短暂，最终以超新星的方式消亡。宇宙中的许多重元素，包括氧，都是在这些恒星内部通过核反应形成的，并在死亡时释放到空间，随后被新一代恒星吸收。

为确定水在宇宙中诞生的时间，拉提夫及其团队通过数值模型研究了两颗第一代恒星的生命周期：一颗质量为太阳的13倍，另一颗为200倍。较小的虚拟恒星在1220万年后以超新星爆炸结束生命，释放出约0.051太阳质量的氧（相当于近1.7万个地球质量）。而较大的模拟恒星在仅260万年后耗尽燃料，自然爆炸结束，释放最高可达55太阳质量的氧（超过1800万个地球质量）。

模拟结果显示，随着每次超新星爆炸产生的冲击波向外扩散，湍流密度波动形成涟漪，促使部分气体聚集成密集团块。这些团块富含超新星喷射出的金属（包括氧），可能是早期宇宙中水的形成主要地点。

拉提夫指出，位于云层中密集部分的水能受到保护，免受恒星强烈辐射的损害。然而，团队目前只考虑了每个团块中形成一颗恒星的最基本情况，理论模拟表明，多星系统才是常态；天空中超过一半的恒星都有伴星。多个邻近恒星会形成更多富含水的密集团块，但也会导致更多辐射，这“可能会改变一些结果，但我们依然预计水可能存活下来，”拉提夫说。他表示：“这是我们亟待解决的首要问题，但还需要更多研究人员参与深入探讨。”

后续模拟研究显示，这些含水团块也是宜居星球形成的良好场所。然而，这些团块中的水是否能够在数十亿年的宇宙变化中保持存在，依然不清楚。主流理论猜测，彗星可能将水带到地球，但拉提夫指出，来自早期宇宙的冰质运输者在再电离纪元的严苛条件下生存的可能性不大。再电离纪元发生在大爆炸后约40万年时，第一代恒星和星系发出的电离紫外线遍布宇宙，驱散了原始宇宙的迷雾。然而，研究人员并未排除地球上的水可能部分源自原始宇宙的可能性。

拉提夫表示，早期宇宙中富含水的行星可能会产生微弱辐射，预计未来十年内，ALMA或即将建成的平方公里阵列望远镜将会探测到此类信号。如果能够确认这种辐射的存在，将是一个“改变游戏规则”的突破，因为这将把生命起源的时间框架又向前推进到大爆炸后仅几亿年。

拉提夫说，“这将开启全新的研究领域。”

该研究于3月3日发表在《自然・天文学》期刊上。

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