宇宙初代超新星可能孕育了生命之源——水

在宇宙大爆炸後的短短一億至兩億年間，第一批恆星可能在其生命終結時產生了大量的水。這項最新研究由英國樸茨茅斯大學的天體物理學家丹尼爾·惠倫（Daniel Whalen）及其團隊進行，並於3月3日發表在《自然天文學》期刊上。

過去，天文學家曾在大爆炸後約7.8億年的宇宙中觀測到水的蹤跡。然而，最新的電腦模擬顯示，這項生命存在的必要條件可能比我們想像的還要早出現。惠倫表示：「令人驚訝的是，在大爆炸後如此早期的時間點，恆星死亡後留下的緻密雲核中，已經具備了生命所需的所有元素。」

如今，水在宇宙中隨處可見。但在約138億年前的宇宙誕生之初，宇宙中僅存在氫、氦和少量的鋰。其他元素，如碳和氧，都是恆星在演化過程中透過核融合產生的。而更重的元素則是在恆星死亡時，透過超新星爆炸或中子星合併等劇烈過程形成的。然而，要形成更複雜的分子，如水分子的產生，需要相對緻密且低溫的環境，理想情況下溫度應低於數千攝氏度。

德州大學奧斯汀分校的天文學家沃爾克·布羅姆（Volker Bromm）指出：「水是一種相當脆弱的分子，因此關鍵在於，宇宙早期是否具備形成水的條件？」為了探討這個問題，惠倫團隊模擬了兩顆初代恆星的生命週期與死亡過程。由於早期恆星通常比現代恆星更大且壽命更短，研究團隊選擇模擬質量分別為太陽13倍和200倍的恆星。

模擬結果顯示，當這些巨型恆星以超新星爆炸的方式結束生命時，它們會噴射出大量元素，包括氧和氫。隨著爆炸物質的擴散和冷卻，氧與氫結合形成水蒸氣，並在不斷擴大的殘骸暈中積聚。雖然這一化學過程進展緩慢，但經過數百萬年後，超新星殘骸的塵埃核心已冷卻到足以形成水的程度。由於核心區域的密度較高，水分子得以迅速累積。

惠倫強調：「水在緻密結構中的濃度是關鍵。雖然總體形成的水量並不多，但它們集中在核心區域，而這些核心正是新恆星和行星形成的關鍵區域。」模擬結束時，較小的超新星產生的水相當於地球總質量的三分之一，而較大的超新星則產生了相當於330個地球質量的水。惠倫認為，如果一顆行星在較大超新星殘留的核心中形成，它很可能成為一個像地球一樣的水世界。

布羅姆總結道：「這似乎表明，宇宙整體可能在很早的階段就已經具備了孕育生命的條件。」但他也提醒，水只是生命的第一步，要真正形成生命，還需要碳與氫結合形成更複雜的分子。這也引發了另一個問題：宇宙中最早的生命分子究竟是在何時形成的？