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宇宙中第一颗恒星，是在什么时候怎么产生的？其实想知道这个问题的答案，在理论上并不难！首先我们要知道宇宙诞生时的基本元素起源问题、恒星的工作方式以及演化过程；再就是我们往回看，看到最早期的宇宙，根据恒星诞生时留下的线索，我们就能知道宇宙中第一批恒星时啥时候诞生的！
大爆炸核合成都创造了哪些元素
看一下我们周围的所有东西，包括岩石、树木、山脉、天空、云彩、太阳、水，以及一切有生命的东西，这些都是由什么构成的？
从根本上说，地球上的一切都是由原子构成的。氧、氢、碳、氮、钙、铁、金等等，宇宙中的所有元素以各种各样的方式结合在一起，创造了我们所知的宇宙中的一切。当我们仔细观察这些原子的内部时，我们可以发现赋予每个原子特殊性质的更加微小的物质。
令我们更加惊奇的是，所有的元素仅仅只是因为原子核中的质子数的不同，就创造了元素周期表中从氢到铀的各种性质不同的元素。我们的世界也因此拥有如此丰富的多样性。
可以肯定地是元素周期表中的元素在宇宙中并不是一直存在。而且今天每种元素的丰度也和早期的宇宙成分大不相同。
事实上，就在大爆炸几分钟后，宇宙冷却到足够低的温度，经历了所有可能发生的核聚变反应。此时的宇宙中所存在的元素及其比例是什么？
大爆炸核合成以后，宇宙是由大约76%的氢，24%的氦和不到0.0000001%的其他元素组成的。在此之后，宇宙冷却并形成中性原子，但是只有氢、氦和微量的其他元素，那么其他元素是怎么来的？换句话说，这一切从何而来？这就要说到宇宙中的恒星了。
恒星创造重元素以及“重金属污染宇宙”的过程
我们的太阳，和绝大多数的恒星一样，正在把氢聚变成氦，这就是恒星光和热的来源。但是最重、最大的恒星消耗燃料的速度非常快。
一旦这些恒星燃烧完氢，就会把氦聚变成碳，然后再聚变成氮、氧、氖和钠，然后再聚变成硅和硫，最后聚变成铁、镍、钴和铜。
能走到铁、镍、钴和铜这一步的恒星质量最少在太阳的8倍，甚至是太阳质量的数百倍。我们的太阳燃烧完燃料至少需要超过100亿年的时间，而这些更大质量的恒星只需要数百万年到数千万年的时间就会耗尽燃料！其核心就会停止核聚变，接下来发生的事情我们都很熟悉，也非常壮观，那就是在Ⅱ型超新星的爆发中死亡。
上图就是著名的蟹状星云，属于Ⅱ型超新星！当一颗恒星变成超新星时，就会释放出足够的能量来形成宇宙中我们目前已知的所有元素，并使星际空间充满重元素。而重元素的另外一种来源是中子星的膨胀，其巨大的能量也会创造出元素周期表中丰富的重元素。
对早期充满氢/氦的的宇宙来说，恒星创造的重元素会“污染宇宙”。但是，对于我们地球和地球上的生命来说，恒星的重元素“丰富了宇宙”。
在宇宙的某些地区，过去存在了很多大质量恒星，如果在同一区域再经历了好几代恒星之后，这个区域就会充满大量的重金属。事实上这就是我们太阳诞生之前的环境，我们也认为太阳属于第三代恒星。当我们想到太阳时，脑海中就会浮现出数量惊人的光谱吸收线的画面。这其实是太阳中重元素存在的迹象！
与“原始”宇宙不同的是，太阳拥有丰富的重元素（地球有什么元素太阳就有什么），在太阳的元素中约2%的元素比氢或氦重。但太阳所在的区域绝不是宇宙中重元素最丰富的区域之一，甚至也不是我们银河系中重元素最丰富的区域之一。
在宇宙中质量最大的星系（已知最明亮、最活跃、活动最剧烈的区域）的中心，拥有着比”氦重的元素“最多的区域，我们将比氦重的元素统称为：金属。
回望宇宙，依据星系、恒星的成分寻找第一批恒星
星系可以在宇宙大爆炸后5000 -1亿年形成恒星，在我们看到恒星发出的光之前，最庞大、最活跃的星系中心可以经历不止一代、两代，而是许多代恒星的诞生和死亡。
这就是为什么我们经常会看到这样的说法：「科学家们在宇宙演化的历史上发现碳出现的时间要比先前认为的早得多。」
上图为TN J0924-2201，迄今为止发现的最遥远的无线电星系。红移z是5.19，对于红移来说，数字越高意味着星系更年轻，离我们更远。但是，在这个星系中拥有的着丰富的重金属。因此我们知道了，宇宙在大爆炸之后的几亿年间，或者仅仅是现在年龄5%的时候，已经诞生了第一批恒星。例如，下面这个“婴儿”星系。
这个星系诞生于宇宙只有7亿年的时候，红移非常高，离我们非常遥远，来自这个星系的蓝色和紫外光都被移除了光谱中可见的部分！这个星系的质量不仅是银河系的八倍，而且在重元素上比太阳还要丰富！这说明恒星、星系形成的时间比宇宙7亿年还要早。
并且我们知道在宇宙的某个时刻，真正的第一代恒星是由氢和氦组成的，根本没有重元素。那么第一批恒星是在哪诞生的？我们唯一可以做的就是不断往回看，只要能看得更远，我们就能看到宇宙最早发生的事。
上图是目前最遥远星系的记录保持者：UDFj-39546284，来自宇宙只有4.8亿年的时候，也就是现在年龄的3.5% ！
这个星系是由高温蓝色恒星组成的一个小集合，其质量连银河系的1%都不到！这是宇宙形成第一批恒星的地方吗？这个星系是宇宙早期的典型星系吗？最好的理论告诉我们，这个遥远的星系依然含有非常丰富的金属。如果比这个星系更加遥远的星系依然有重元素，我们也不惊讶。但在宇宙的某个时刻，某个遥远的星系肯定是宇宙第一批恒星诞生的地方。如果我们想知道它在哪里？目前来看只有现在正在进行的这个计划，才有可能帮我们找出答案。
詹姆斯·韦伯太空望远镜是我们看到早期宇宙的希望
这也是我们急需詹姆斯·韦伯太空望远镜的又一个原因！我们只有看得更远，才能更加了解早期宇宙的样子。
所以我们不要惊讶于遥远的宇宙充满了重金属，进化的恒星，或者巨大的星系。因为根据我们的理论，在宇宙中，我们所知道的一切不仅会发生，而且会发生得很快。这也从从侧面告诉我们宇宙中的行星甚至是生命，也可以在很久很久的时候形成。
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