清晨你端起一杯水时,或许未曾想过这些透明的液体中藏着一部跨越 138 亿年的宇宙史诗。2025 年 3 月 4 日,多家媒体报道称,国际顶级学术期刊《自然·天文学》的一篇论文在科学界引起轰动。该论文发现,水分子或许诞生于宇宙大爆炸后的 1 至 2 亿年间,比之前人们的认知提前了数十亿年,且比照耀地球的太阳早诞生百亿年。这项研究令人更为惊讶,它暗示着水的出现与第一代恒星的生死轮回有着紧密的联系。那些原始火球照亮了黑暗时代,它们或许正是孕育生命源泉的摇篮呢?
水分子由氢原子和氧原子构成。通常认为,氢原子在宇宙诞生初期就已存在。氧原子的出现经历了数十亿年的时光。当氧原子出现后,水分子很快就能诞生。
研究团队模拟了 13 倍和 200 倍太阳质量的超新星爆炸。超新星爆炸揭开了氧元素的诞生现场。超新星会寿终正寝。超新星内核在数秒内坍缩成中子星。超新星外层物质以十分之一光速抛射。超新星内部环境堪比粒子加速器。超新星内部温度达百亿摄氏度。超新星内部密度是地球固体的百万倍。在这些条件下,氧元素诞生了。恒星临终前合成的氧元素被冲击波加速到光速的 3%。这样的氧元素形成了直径数光年的元素云。在超过 10 亿摄氏度的炼狱中,氧原子核就能够诞生。
研究表明,超新星达到 200 倍太阳质量时,在爆炸过程中能甩出 55 倍太阳质量的氧。这相当于每秒钟能生成 3.5 亿个地球质量的氧元素。这些氧云很炽热,与星际介质中的氢混合后,经过数百万年冷却,最终在致密气体团块中凝成了水分子。令人惊讶的是,即便在 13 倍太阳质量的小型超新星残骸中,也蕴含着大量水资源,这些水资源足以填满太平洋数十万次。
这对水的编年史进行了彻底改写。过去人们认为,水必须要等到第二代恒星形成之后才有可能出现,原因是氧元素需要经过多代恒星核聚变的积累。然而,新模型表明,第一代超新星爆炸之后遗留下来的星云,其本身就是水的原始反应场所。那些直径达到数光年的气体团块,既是第二代恒星的孵化之地,也是宇宙中最早的蓄水之地。
我们凝视猎户座大星云中闪烁的年轻恒星,或许正目睹着 138 亿年前相似场景的再次发生。在每一颗新生恒星的周围,都缠绕着由祖辈超新星遗产所构成的水蒸气环带。
这项发现最具颠覆性的启示是重构了水在宇宙演化里的角色。传统观点把水当作恒星演化的副产品,然而新研究表明:水分子自身或许就是促使恒星诞生的关键因素。
超新星抛射物冷却后,水冰会包裹在尘埃颗粒的表面,能够起到降温的作用。这种降温作用使得气体云收缩得更快,从而触发了新一代恒星的形成。从某种意义上来说,恒星正是由自己前世的物质(这里用“汗液”来形象地指代)所催生的。
科学家将超新星模拟数据转化为水的生成曲线时,一个事实浮现出来:我们体内每个水分子中的氧原子,都至少经历过一次超新星爆发。这些氧原子要么来自 138 亿年前的初代恒星,要么来自 50 亿年前某颗死亡的二代恒星。我们人类不仅是燃烧过的星辰的余烬,更是承载着百亿年前宇宙初潮的生命载体。
下次仰望星空时,你可以想象这样的场景:138 亿光年外的某个星系,此刻正有超新星爆发,抛洒出氧元素。这些原子在百万年后会与氢相遇,然后在某个尚未诞生的行星上汇聚成海。也许那里的智慧生命也会端起一杯水,思索着同样的永恒之谜,即生命之泉究竟起源于时空深处的哪一场璀璨葬礼。
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