宇宙的未来以及它诞生的机理（如何揭示宇宙演化和生命的线索）

作者：文/虞子期

宇宙，这个具有层次结构的天体系统，一直处于不断膨胀和运动变化的过程之中。人们经常将宇宙大爆炸和暗物质、暗能量等联系在一起。然而，在这个浩瀚的宇宙空间里，除了多样性的物质和不同的星系群以外，还有很多其他有意思的部分。比如，在宇宙中被捕获到的第一类分子是什么、发生宇宙碰撞事件之后，星团的神秘形态是何样？以及科学家们如何揭示宇宙演化和寻找生命的线索！

我们都知道一些基本的事实，如今的宇宙中充满了像星系这样大而复杂的结构，但宇宙也有自己的生命周期和演变过程。由于早期的宇宙特别热，导致了这样的环境中能存在的原子种类屈指可数，并且其中的主要成分都是氢和氦。而宇宙的冷却，正是从原子结合后形成第一个分子之时开始，并且，科学家们推断出氢化氦正是这第一个原始分子。由于“氦”这种气体本身就具有惰性，因此不太可能与任何其他种类的原子结合，因此氢化氦本身也是一种挑剔的分子。

而科学家们认为，在大爆炸后约10万年的时期，年轻的宇宙有了氢和氦的第一次结合，从而制造出了一种被称作氢化氦的分子，并推断出氢化氦也存在于现代宇宙中的某些部分，但一直没有在太空中得到验证。终于在数十年之后，通过世界上最大的机载天文台SOFIA的探测，科学家们在行星状星云中发现了宇宙的第一类分子。它的发现不仅证实了太空中氢化氦的存在，也同样印证了我们对早期宇宙化学基本理解的关键部分，以及宇宙如何在数十亿年的时间里演变成如今这般复杂。然而这一切，都归功于距离天鹅座300公里远的星云NGC 7027，科学家们就是在这里发现了太阳恒星的残余物，它是氢（蓝色）和氦（红色）的组合。

在我们的银河系中，星团早期的形成阶段在历史上一直被隐藏起来，尽管这一特殊创造事件的遗留物早期的伴星早已分散，但今天，星系的诞生仍在我们的银河系内外延续。这是一个活跃的研究领域，这些SOFIA的观测结果已帮助科学家们迈出了重要的一步，并且，这些现有的数据为碰撞模型提供了重要证据。在红外线中，这些寒冷、尘土飞扬的云层闪耀着光芒，而SOFIA就观察到它们，并揭示那些长期存在的秘密。研究人员的下一步关键动作，就是通过SOFIA来观察大量形成星团的分子云，这有助于理解常见的云碰撞如何触发星系中恒星的诞生，以及确定云碰撞的过程是该区域独有的、还是更广泛的，甚至它就是形成星团的通用机制。

众所周知，产生新化学元素的核反应可以起到驱动恒星的作用，而地球上得万千生命之所以能够存在，也是因为数十亿年前一颗恒星发生了爆炸，包括我们得太阳系，迄今为止我们都还无法确认这些恒星是如何形成的。并且，在传统模型中，重力是星团和恒星形成的唯一可能因素，但实际上，磁场和湍流其实也在其中起着重要作用。科学家们对恒星能够形成的分子云进行了研究，包括其周围电离碳的分布和运动。发现其中似乎有两种不同的分子气体成分，并且它们相互碰撞得速度至少达到了20000英里/小时。而这些分子和电离气体的分布和速度，都和云碰撞的模拟数据一样，这也说明了星团是云在碰撞时产生的冲击波气体被压缩后所形成的。简而言之，科学家们通过GREAT发现，正是巨大分子云之间的碰撞，导致了星团的形成。

当比太阳还要大很多倍的巨大恒星诞生时，会在超新星爆炸之前散发出炙热又明亮的光芒，并释放出大量能量，以至于可以影响到星系的演化。然而，这样的恒星在所有恒星的数量中占比还不到1%，所以，目前科学家对它们知之甚少。于是，研究人员开始将注意力放到了距离我们大约17000光年远的巨大天体云W51上。这是一个罕见得巨大恒星诞生的地方，并且藏匿在云层的最深处，科学家们通过SOFIA的机载望远镜和敏感的红外摄像机所拍摄到的宇宙光秀，不仅包含了许多之前不曾看到过的部分，而且，这对于了解恒星及其“父母云”的物理特性和相对年龄都至关重要。

W51在“斯隆数字巡天”的星空图像（白色）上发光，而其中最古老、进化程度最大的大质量恒星，则显示在黄色泡沫的中间，位于图像的左上角。而最年轻的一代，则靠近中间左侧最亮的球，通常位于该图中心附近的区域。如此巨大的恒星，能散发出的能量无疑是巨大的，因此，在我们银河系的演化过程中，它们在能够起到如此关键作用。通过研究数据表明，可能有一个特别大（相当于100太阳的质量） 的恒星形成于这里，如果通过未来的观测，确认了它不是聚集在一起的多个恒星兄弟，那么，它将称为我们银河系中质量最大的恒星之一，该调查结果，也将揭示年轻的大质量恒星，是如何照亮银河系的其他部分。

在恒星形成的过程中，虽然科学家们直怀疑磁场也起着重要的作用，但至于磁场具体如何产生影响，却一直没有很好的理解。我们都知道，在宇宙中的大部分光，都会以红外光的形式发射到地球表面。科学家们需要让每个仪器都对红外光保持不同特性的敏感，以便于能够深入了解星系中的物质流动情况，在这些影响气体和尘埃坍缩产生新恒星的地区，它们又是呈现出怎样的动态。当它经过大部分大气层的时候，科学家们可以研究宇宙云层内部正在发生的事，以分析天体磁场方式研究化学宇宙。在猎户座大星云的磁场中，智利超大望远镜拍摄的红外图像上显示的流线，表明了新的恒星正在调节形成。

在重力作用下，恒星形成的云团发生了坍缩的情况，从而调节新恒星的形成。科学家们正是通过探测仪器对沿着磁场排列的尘埃粒子的敏感性，才得以推断出了其方向和强度。如果其他区域天体云的引力坍缩，磁场会抑制星系的形成，那么新星的数量就可能低于当前模型预测的数量。这也更好的揭示了，现在的银河系中有多少恒星、以及未来又将形成多少恒星。与此同时，在螺旋星系M51的地图中，包含了它的小伴星系，说明了其伴星并没有因其邻居而形成新的恒星。在不同天体环境中的，科学家们通过了解这些恒星诞生方式，相当于变相了解了恒星从早期宇宙演变到现在的关键部分。