利用歐洲航天局的甚大望遠鏡（VLT），研究人員首次發現了宇宙中第一批恆星爆炸時留下的指紋。他們探測到了三個遙遠的氣體雲，其化學成分與我們對第一批恆星爆炸的預期相符。這些發現使我們離了解大爆炸後形成的第一批恆星的性質又近了一步。

巴黎天文台-PSL的博士生Andrea Saccardi說：”有史以來第一次，我們能夠在非常遙遠的氣體雲中識別第一批恆星爆炸的化學痕跡。”他在佛羅倫薩大學的碩士論文中領導了這項研究。

研究人員認為，宇宙中形成的第一批恆星與我們今天看到的恆星非常不同。當它們出現在135億年前時，它們只包含氫和氦，是自然界中最簡單的化學元素。這些被認為比我們的太陽大幾十或幾百倍的恆星，在被稱為超新星的強大爆炸中迅速死亡，第一次用更重的元素豐富了周圍的氣體。後來的幾代恆星都是從這些富集的氣體中誕生的，反過來，它們在死亡時也噴射出更重的元素。

最早的恆星現在早已不復存在，那麼研究人員如何才能更多地了解它們呢？”佛羅倫薩大學副教授、今天發表在《天體物理學雜誌》上的研究報告的共同作者Stefania Salvadori說：”可以通過檢測它們死亡後散佈在環境中的化學元素來間接研究原始恆星。”

利用在智利的歐空局甚大望遠鏡拍攝的數據，研究小組發現了三個非常遙遠的氣體雲，這些氣體雲是在宇宙只有其目前年齡的10-15%時看到的，其化學指紋與我們從第一批恆星的爆炸中所期望的一致。根據這些早期恆星的質量和它們爆炸的能量，這些第一批超新星釋放出不同的化學元素，如碳、氧和鎂，這些元素存在於恆星的外層。但是其中一些爆炸的能量不足以排出更重的元素，如鐵，這只存在於恆星的核心。為了尋找這些最早作為低能量超新星爆炸的恆星的蛛絲馬跡，研究小組因此尋找了鐵含量低但富含其他元素的遙遠的氣體雲。他們發現了這一點：在宇宙早期的三個遙遠的雲層中，鐵的含量非常少，但有大量的碳和其他元素–這就是最早的恆星爆炸的指紋。

這張圖說明了天文學家如何利用像類星體這樣的背景物體的光作為燈塔來分析遙遠的氣體雲的化學成分。當類星體的光穿過氣體雲時，其中的化學元素會吸收不同的顏色或波長，在類星體的光譜中留下暗線。每種元素都會留下一組不同的線條，因此通過研究光譜，天文學家可以計算出中間的氣體雲的化學成分。資料來源：ESO/L. 卡爾薩達

這種奇特的化學成分在我們銀河系的許多老恆星中也被觀察到，研究人員認為這些恆星是第二代恆星，直接由第一代恆星的”灰燼”形成。這項新的研究在早期宇宙中發現了這種灰燼，從而為這一難題增加了一塊缺失的部分。Salvadori解釋說：”我們的發現為間接研究第一批恆星的性質開闢了新的途徑，充分補充了對我們星系中恆星的研究。”

為了探測和研究這些遙遠的氣體雲，研究小組使用了被稱為類星體的光信標–由遙遠的星系中心的超大質量黑洞驅動的非常明亮的源。當來自類星體的光在宇宙中旅行時，它會穿過氣體雲，不同的化學元素會在光中留下印記。

為了找到這些化學印記，研究小組分析了用歐洲航天局VLT上的X-shooter儀器觀測的幾個類星體的數據。X-shooter將光分成極其廣泛的波長或顏色，這使得它成為一個獨特的儀器，可以識別這些遙遠的雲層中的許多不同的化學元素。

這項研究為下一代望遠鏡和儀器開創了新的可能，比如歐空局即將推出的極大型望遠鏡（ELT）及其高分辨率的ArmazoNes高色散埃切萊特光譜儀（ANDES）。意大利國家天體物理研究所的研究員、該研究的共同作者Valentina D’Odorico總結說：”通過ELT的ANDES，我們將能夠更詳細地研究許多這些罕見的氣體雲，我們將能夠最終揭開第一批恆星的神秘面紗。”