宇宙大爆炸后几亿年后，第一批恒星以大量明亮的氢气和氦气积聚形式闪耀入宇宙。在这些早期恒星的核心内，极端的热核反应形成了第一批较重的元素，包括碳、铁和锌。

这些最初的恒星很可能是巨大的、寿命很短的火球，科学家们假设它们爆炸时是类似的球形超新星。但现在麻省理工学院和其他地方的天文学家发现，这些最初的恒星可能已经以一种更强大、更不对称的方式爆炸了。

喷射出的喷流猛烈到足以将重元素喷射到邻近的星系中。这些元素最终成为了第二代恒星的种子，其中一些至今仍能被观测到。2019年5月8日发表在《天体物理学》上的一篇论文中，研究人员报告了一颗古老的幸存恒星——宇宙第二代恒星之一的1327-2326中含有丰富的锌。科学家认为这颗恒星只有在第一批恒星之一的不对称爆炸使其诞生气体云变得丰富之后，才可能获得如此大量的锌。

一项模拟显示了第一颗超新星可能是什么样子，这个模拟显示了超新星在最初爆炸50秒后的形状。图片：Melanie Gonick

麻省理工学院(MIT)物理学副教授、麻省理工学院卡弗里天体物理与空间研究所成员安娜·弗雷贝尔(Anna Frebel)说：当一颗恒星爆炸时，它的一部分会像真空吸尘器一样被吸进黑洞。只有当你有了某种机制，比如可以拉出物质的射流，才能在下一代恒星中观察到这种物质，相信这正是这里可能发生的事情。该研究的主要作者、麻省理工学院博士后Rana Ezzeddine说：这是第一个观测到的证据，表明这样一颗不对称超新星发生在宇宙早期。这改变了我们对第一颗恒星如何爆炸的理解。

少量元素

201327-2326是Frebel在2005年发现的，当时这颗恒星是观测到最缺乏金属的恒星，这意味着它的元素浓度极低，比氢和氦还重。这表明，它是作为第二代恒星的一部分形成，而当时宇宙中大部分的重元素含量尚未形成。第一批恒星质量如此之大，以至于它们几乎必须立即爆炸。作为第二代形成的较小恒星今天仍然存在，它们保存了这些第一代恒星留下的早期物质。太阳只有比氢和氦更重的元素，所以我们知道它一定是作为第二代恒星的一部分形成。2016年5月该团队能够观测到这颗绕地球轨道运行的恒星，距离地球只有5000光年。

研究人员在美国宇航局的哈勃太空望远镜上赢得了超过两周的时间，并记录了多轨道上的星光。他们使用望远镜上的仪器，宇宙起源光谱仪，来测量恒星内各种元素的微小丰度。该光谱仪设计精度高，可接收微弱的紫外光。其中一些波长被某些元素吸收，比如锌。研究人员列出了一份重元素清单，他们怀疑这些重元素可能存在于一颗如此古老的恒星中，他们计划从紫外线数据中寻找，包括硅、铁、磷和锌。Ezzeddine回忆说：我记得我得到了数据，看到这条锌线突然冒出来，我们简直不敢相信，所以我们一遍又一遍地重复分析，发现无论我们如何测量，都得到了非常丰富的锌。

打开星形通道

Frebel和Ezzeddine随后联系了在日本的合作者，他们专门研究超新星和在超新星爆炸后形成的次级恒星模拟。研究人员对超新星进行了超过10000次模拟，每一次都有不同的爆炸能量、结构和其他参数。发现虽然大多数球状超新星的模拟都能够产生一颗含有研究人员在1327-2326观测到元素组成的次生恒星，但没有一颗能够再现锌的信号。事实证明，唯一能够解释这颗恒星构成(包括其富含锌)的模拟，是第一颗恒星的非球面喷射超新星之一，这样一颗超新星的爆炸威力将是氢弹爆炸威力的十万分之一。

发现第一颗超新星的能量比人们之前想象的要高得多，大约是之前的5到10倍。事实上，先前认为存在一颗更暗的超新星来解释第二代恒星的想法可能很快就需要被摒弃了。该小组的研究结果可能会改变科学家对再电离的理解。再电离是宇宙中气体从完全中性状态转变为电离状态的关键时期，电离状态使星系形成成为可能。人们从早期的观察中认为，第一颗恒星并不那么明亮或充满能量，所以当它们爆炸时，它们不会参与到宇宙的再电离过程中。从某种意义上说，我们正在纠正这张图片，并展示，也许第一批恒星在爆炸时已经有了足够的能量。

也许现在它们是再电离的有力竞争者，对它们自己的小矮星系造成了严重破坏。这些第一颗超新星的威力也足以将重元素射入邻近的“原始星系”，而这些“原始星系”尚未形成自己的恒星。一旦氢和氦气中含有一些重元素，就更容易形成恒星，尤其是小恒星。有效的假设是，也许这类第二代恒星是在这些被污染的原始星系中形成，而不是在超新星爆炸的同一星系中形成，这一直是我们假设的，没有其他任何思考方式，所以这为早期恒星的形成开辟了一条新通道。