來自日內瓦、巴黎和巴塞羅那大學的研究人員發現了強有力的證據，證明在大型星團中看到的奇特現象可以用超大質量恆星來解釋。球狀星團是宇宙中質量最大、最古老的恆星群，容納了多達一百萬顆單獨的恆星。這些同時誕生的恆星擁有獨特的化學構成，表現出其他任何恆星群所沒有的異常現象。

科學家們發現了強有力的證據，證明當球狀星團在130億年前形成時，球狀星團內存在著超大質量的恆星。這裡是距離地球22000光年的球狀星團M13的圖像，它由100萬顆恆星組成，被擠壓在150光年寬的空間裡。資料來源：HST STScI NASA ESA

了解這一獨特的特征代表了天文學領域的一個重大難題。此前，來自日內瓦大學和巴塞羅那大學以及巴黎天體物理研究所（隸屬於法國國家科學研究中心和索邦大學）的研究人員猜想，他們已經在球狀原星團中探測到了這些恆星的最初化學證據。這些原星團是在大爆炸後大約4.4億年才出現的。

這些結果是通過詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的觀測獲得的，發表在《天文學和天體物理學》雜誌上。

球狀星團是分佈在一個球體中的非常密集的恆星群，其半徑從十幾到一百光年不等。它們可以包含多達100萬顆恆星，在所有類型的星系中都能找到。我們的星係就有大約180個這樣的星系。它們最大的謎團之一是其恆星的組成：為什麼會有如此多的變化？例如，氧氣、氮氣、鈉和鋁的比例在每顆恆星之間都有所不同。然而，它們都是在同一時間，在同一片氣體雲中誕生的。天體物理學家說的是”豐度異常”。

壽命很短的怪物

來自日內瓦大學（UNIGE）和巴塞羅那大學以及巴黎天體物理研究所（CNRS和索邦大學）的一個團隊在解釋這一現象方面取得了新進展。在2018年，它已經開發了一個理論模型，根據這個模型，超大質量的恆星在這些星團的形成過程中會”污染”原來的氣體雲，以異質的方式使其恆星富含化學元素。

“今天，由於詹姆斯-韋伯太空望遠鏡收集的數據，我們相信我們已經發現了這些非凡恆星存在的第一個線索，”UNIGE理學院天文學系的全職教授Corinne Charbonnel解釋說，他也是該研究的第一作者。

這些天體怪物的質量是太陽的5000到10000倍，其中心溫度是太陽的5倍（7500萬℃）。但是要證明它們的存在是很複雜的。

”球狀星團的年齡在100到130億年之間，而超級恆星的最大壽命是200萬年。因此，它們很早就從目前可以觀測到的星團中消失了。”巴塞羅那大學ICREA教授、該研究的共同作者Mark Gieles解釋說：”只剩下間接的痕跡。”

通過光線揭示出來

由於詹姆斯-韋伯望遠鏡的非常強大的紅外視力，共同作者能夠支持他們的假設。該衛星捕捉到了我們宇宙中迄今為止已知的最遙遠和最年輕的星系之一所發出的光。GN-z11位於大約133億光年處，只有幾千萬年的歷史。在天文學中，對宇宙物體的光譜分析是確定其特徵的一個關鍵因素。在這裡，這個星系所發出的光提供了兩個有價值的信息。

“已經確定它含有非常高比例的氮和非常高密度的恆星，”UNIGE理學院天文學系副教授Daniel Schaerer說，他是這項研究的共同作者。”這表明在這個星系中正在形成幾個球狀星團，而且它們仍然藏有一顆活躍的超大質量恆星。氮氣的強烈存在只能用氫氣在極高溫度下的燃燒來解釋，只有超大質量恆星的核心才能達到這種溫度，正如我們團隊的碩士生Laura Ramirez-Galeano的模型所示，”Corinne Charbonnel解釋說。

這些新結果加強了國際團隊的模型。這個模型是目前唯一能夠解釋球狀星團中豐度異常的模型。科學家們的下一步將是利用詹姆斯-韋伯的數據，在遙遠的星系中形成的其他球狀星團上測試這個模型的有效性。