早期宇宙的星雲之謎：揭開恆星誕生的新篇章

恆星誕生於密集的分子雲中，但這是否一直是它們形成的方式？最近的研究顯示，在早期宇宙中，有些恆星可能來自於鬆散的分子雲，而非我們今天所見的纖維狀結構。透過研究與早期宇宙環境相似的小麥哲倫雲，科學家發現星雲的結構和溫度對恆星形成有著重要影響。這項發現暗示，重元素可能在塑造星系中的恆星和行星形成過程中扮演著關鍵角色。

恆星是如何形成的？這個過程是否從未改變？恆星誕生於被稱為「恆星育嬰室」的廣闊區域，這些區域中的氣體和塵埃雲聚集在一起，形成新的恆星。這些育嬰室，也被稱為分子雲，可以跨越數百光年，並孕育出數千顆恆星。儘管現代望遠鏡和技術讓我們對恆星形成過程有了相當的瞭解，但許多細節仍然不明。其中一個關鍵問題是：早期宇宙中的恆星形成方式是否與今天相同？

一項由九州大學和大阪市立大學的研究團隊發表於《天體物理學期刊》的最新研究指出，早期宇宙中的恆星形成可能與我們今天所見的有所不同。他們的研究基於對小麥哲倫雲（SMC）的觀測，這是一個靠近銀河系的矮星系。研究結果顯示，某些早期恆星可能形成於鬆散的分子雲中，這與我們今天在銀河系中看到的結構化星雲有所不同。

在銀河系中，恆星形成的分子雲通常呈現出長條狀的纖維結構，寬度約為0.3光年。科學家認為，我們的太陽系也起源於類似的環境中，當時一個大型的纖維狀分子雲分裂，形成了密集的核心，也就是分子雲核心。在數十萬年的時間裡，重力將氣體和塵埃拉入這些核心，最終點燃核融合，形成新的恆星。

九州大學科學學院的博士後研究員、該研究的第一作者德田和樹解釋道：「即使到今天，我們對恆星形成的理解仍在不斷發展，而要理解早期宇宙中的恆星形成則更具挑戰性。早期宇宙與今天大不相同，主要由氫和氦組成，重元素則是在高質量恆星中後來形成的。我們無法回到過去研究早期宇宙中的恆星形成，但我們可以觀測與早期宇宙環境相似的宇宙區域。」

研究團隊將目光投向了小麥哲倫雲，這是一個距離地球約20,000光年的矮星系。小麥哲倫雲中的重元素含量僅為銀河系的五分之一，這使其非常接近約100億年前的早期宇宙環境。然而，過去觀測小麥哲倫雲中分子雲的空間解析度往往不足，無法確定是否存在相同的纖維狀結構。

幸運的是，位於智利的阿塔卡馬大型毫米波/次毫米波陣列（ALMA）望遠鏡能夠捕捉到更高解析度的小麥哲倫雲影像，並確定是否存在纖維狀分子雲。德田和樹繼續說道：「我們總共收集並分析了17個分子雲的資料，每個分子雲中都孕育著質量為太陽20倍的嬰兒恆星。我們發現，約60%的分子雲具有寬度約0.3光年的纖維狀結構，但剩下的40%則呈現出『鬆散』的形狀。此外，纖維狀分子雲內部的溫度高於鬆散分子雲。」

這種溫度差異可能與星雲形成的時間有關。最初，所有星雲都是纖維狀的，並且由於星雲之間的碰撞而具有高溫。當溫度高時，分子雲中的湍流較弱。但隨著星雲溫度下降，進入氣體的動能會導致更多的湍流，使纖維狀結構變得平滑，最終形成鬆散的星雲。

如果分子雲能夠保持其纖維狀結構，它更有可能沿著其長條狀結構分裂，形成許多像太陽這樣的低質量恆星，並伴隨行星系統。反之，如果無法維持纖維狀結構，這類恆星可能難以形成。德田和樹總結道：「這項研究表明，環境因素，例如重元素的充足供應，對於維持纖維狀結構至關重要，並可能在行星系統的形成中扮演重要角色。未來，將我們的研究結果與重元素豐富環境中的分子雲觀測進行比較，將有助於我們更深入瞭解分子雲的形成及其在宇宙中的時間演化。」