我們的宇宙故事是乙個關於創造和毀滅的故事。 在熱最大值開始時，會產生高能粒子、反粒子和輻射量子。 幾分之一秒後，大多數粒子-反粒子對都消失了。 質子和中子在第一秒形成，然後在接下來的幾分鐘內，原子核融合在一起，產生第一批元素。 在接下來的幾十萬年裡，中性原子終於形成，重力將物質拉成團塊。 最終，一些最大的團塊在重力作用下坍塌，產生了第一批恆星。
但這些恆星，都是由熾熱大**鍛造的原材料組成的，在很長一段時間內都不會是宇宙中唯一發光的物體。 因為這些恆星的質量非常大，是現代恆星的25倍，它們會迅速燃燒燃料，導致它們在一生中演化得非常快。 恆星的質量越大，它的壽命就越短，這意味著這些最早的恆星根本就活不長。 第一批恆星的死亡對於產生我們今天所知道的宇宙是絕對必要的。 這是乙個你從未聽說過的宇宙故事。
藝術家對宇宙最初形成恆星時的樣子的看法。 當它們發光並合併時，它們會發出電磁輻射和引力輻射。 它周圍的中性原子被電離並被吹走，淬滅（或結束）該區域的恆星形成和生長。 這些恆星將是短暫的，並將產生迷人而重要的後果。 **nasa/esa/eso/w. freudling et al. （stecf）
為了形成一顆恆星，你想要製造的氣體需要坍縮。 但是重力坍縮意味著你必須將能量輻射出去;坍縮本身是能量傳遞的行為之一，其中重力勢能轉化為動能，物質的動能（即動能）使材料公升溫。 今天，重元素是現存最好和最有效的能量發射者，這意味著氣體雲可以有效地坍縮並形成各種恆星，從數百個太陽質量的稀有恆星到低質量端非常小、微弱的恆星：就在定義恆星的下限。
然而，在早期，沒有重元素，因為這些元素只是以某種方式從恆星中產生的。 因此，第一批恆星只能由大塊物質組成，這些物質團塊具有足夠的質量來克服無法有效輻射熱量的影響。 這就是第乙個Henus如此龐大和巨大的主要原因：平均有10個太陽質量，許多地平線達到數百個太陽質量，可能還有一些地平線達到1000太陽質量線，這在現代是聞所未聞的。
這個年輕星團的中心點位於狼蛛星雲的中心，被稱為R136，包含許多已知的最大質量的恆星。 R136a1的質量約為260個太陽，比800多萬個太陽還要亮，使其成為已知最重的恆星。 雖然也存在大量較冷、較紅的恆星，但最亮、最藍的恆星佔據了這個影象，儘管它們的壽命最短，從 1-1000 萬年不等。 **NASA、ESA、CSA、STSCI、WEBB ERO製作團隊。
這導致了乙個看似自相矛盾的說法，我簡稱為《銀翼殺手》謎題。 在《銀翼殺手》中，其中一位主角被告知“燃燒的火焰是火焰的兩倍，但壽命只有兩倍”，雖然這對火焰來說可能是正確的，但對明星來說更糟。 誠然，恆星的質量越大，燃燒得越亮，壽命越短，但“亮度的兩倍”被“一半的時間”所取代是輕描淡寫的。 雖然像太陽這樣的恆星在到達其核心燃料的盡頭之前可能已經存在了大約100億到120億年，但這些早期恆星的質量是太陽的數百甚至數千倍，預計壽命為太陽的001%：在它死亡前只有1-200萬年。
當這些恆星的核心以令人難以置信的速度將氫融合成氦時，它們會持續釋放數千到數百萬（或更多）的太陽光度。 對於質量是太陽十倍的恆星來說，這個過程可能只持續大約1000萬年，然後就會耗盡氫燃料，而質量更大的恆星的壽命會更短。 此時：
核心收縮並加熱，將氦融合成碳，當它用完氦氣時，它會加熱並將碳融合成氖和氧氣，然後燃燒形成鎂、矽和硫，最終達到鐵、鎳和鈷，最後形成壯觀的超新星**。
仙后座17世紀超新星的動畫序列。 周圍的材料，加上不斷發射的電磁輻射，都起到了殘餘物的持續照明作用。 超新星是質量大於10個太陽的恆星的典型命運，儘管也有一些例外，因為恆星可能已經從它們那裡竊取了足夠的質量來避免這種命運，或者它們可能會經歷核心不穩定，導致它們徹底坍縮。 **NASA、ESA 和 Hubble Legacy （STSCI Aura）-ESA 哈勃合作。 學分：Robert AFesen（美國達特茅斯學院）和James Long（歐空局哈勃）。
大質量恆星的核聚變迴圈在元素週期表中產生了大量的重元素，在鐵周圍構建了元素（元素26），然後發生了超新星。 然後，這些元素在超新星**的那一刻被炸回星際介質中時會經歷中子的快速轟擊，它們通常在元素週期表中上公升以達到鋯（元素 40），並且更重的元素能夠從現在比以往任何時候都更豐富和更重的元素中形成。
這顆超新星留下的東西，即祖先恆星的前核心，通常是一顆中子星：乙個坍縮的質量，比我們的太陽還大，但從頭到尾不超過十幾英里。 質量最大的超新星恆星可能會形成黑洞而不是中子星，但大多數經歷核心坍縮超新星的恆星的質量將在8到40個太陽質量之間，並且更有可能留下中子星。
這並不是故事的結局，因為在這些密集的早期環境中，中子星和中子星之間的碰撞應該相對常見，從而引發了公尺勒諾瓦事件。
藝術家對兩顆合併中子星的插圖。 時空的波紋網格代表碰撞發出的引力波，而窄光束是在引力波（天文學家已探測到伽馬射線暴）後幾秒鐘射出的伽馬射線射流。 在這種情況下，質量被轉化為兩種型別的輻射：電磁輻射和引力輻射。 總質量的約5%以重元素的形式排出。 羅蘋·迪內爾·卡內基科學研究院。
當這些中子星碰撞時，它們會產生更大的中子星或黑洞，其總質量約為其總質量的95%，這是你所期望的。 但這些中子星的碰撞也會導致不受控制的性反應，導致引力波、中微子、各種電磁輻射的發射，以及大量重原子核的排出。 這些原子核有穩定和不穩定的原子核，通常在元素週期表中攀公升，以產生宇宙有史以來最重的元素。
雖然合併的中子星負責大部分元素，如鈮、鉬、錫、碲、鋇、一些鑭系元素以及一點點汞和鉛，但它們產生的絕大多數其他元素都比鋯重，包括比鈾和鈽重得多的元素。 與超新星相結合，中子-恆星-中子星合併有助於產生構成元素週期表的全套元素，包括自然產生的絕對最重的元素。
最新、最新的影象，顯示了元素週期表中自然存在的每種元素的主要**。 中子星合併、白矮星碰撞和核心坍縮超新星可能讓我們爬得比這張表所暗示的還要高。 宇宙大**給了我們宇宙中幾乎所有的氫和氦，幾乎所有其他的東西加起來。 **cmglee/wikimedia commons
在第一顆恆星中，“平均”恆星的質量可能是太陽質量的10倍左右，可能只有太陽壽命的0倍1%，大約1000萬年後在超新星中死亡。 但正如“平均”的情況一樣，大量的恆星將具有高於平均水平的質量，而這些恆星的壽命將更短。 有些恆星的質量是太陽質量的數百倍甚至一千倍，而且它們燃燒得更快。 像數百萬甚至數千萬的太陽一樣閃耀，每個太陽都有獨特的命運。
一般來說，對於這樣一顆恆星會發生什麼，有三種與質量有關的可能性。
更高質量的類似物，這正是你對早期超新星的期望：一顆大質量的超新星，只留下乙個黑洞，而不是一顆中子星。 超新星的核心坍縮，在大多數情況下會產生中子星。 但有乙個極限，大約是太陽質量的250%到300%，中子星在自身引力作用下坍縮之前所能達到的水平。 當它越過這個門檻時，中子星將繼續坍縮成乙個黑洞：這是第一顆恆星的第二常見命運。
一顆非常大質量的恆星在其整個生命週期中的解剖結構，最終在核心耗盡核燃料時形成II型（核心坍縮）超新星。 聚變的最後階段通常是矽的燃燒，在超新星發生之前，在核心中產生鐵和類鐵元素的時間非常短。 質量最大的核心坍縮超新星通常會導致黑洞的產生，而質量較小的超新星只產生中子星。 **nicolle rager fuller/nsf
然而，在更高的質量下，恆星內部的溫度達到如此高的水平，以至於開始發生乙個特殊的過程。 有足夠的自由能讓光子在恆星核心內飛行，它們有可能自發地形成粒子-反粒子對。 在這些條件下，如果能量足夠高，兩個光子可以自發地轉化為電子和正電子。
這帶來了一些新的物理學：雖然光子的輻射壓力是恆星抵抗引力坍縮的原因，但光子的損失意味著壓力的損失，恆星開始進一步坍縮。 當它這樣做時，溫度會公升高，使得光子更有可能轉化為電子-正電子對。 這變成了乙個失控的過程，恆星的核心完全坍縮。
這個過程被稱為超新星與不穩定性，或者，如果你喜歡顏色語言，超新星**。 這些在現代宇宙中極為罕見，但第一批恆星應該有很多這種災難的例子。 質量較小的不穩定超新星對會在核心中造成黑洞，同時吹掉它們的外層，而質量較大的超新星將完全摧毀恆星，在它們發生的地方附近產生更嚴重的星際介質富集。
這張圖說明了天文學家曾經認為觸發了被稱為SN 2006GY的超新星事件的成對過程。 當產生足夠能量的光子時，它們會產生電子正電子對，導致電壓降和破壞恆星的失控反應。 這一事件被稱為一對不穩定的超新星。 超新星（也稱為超亮超新星）的峰值光度比任何其他“正常”超新星的光度大很多倍。 **nasa/cxc/m. weiss
從理論上講，不同質量的恆星在其生命週期的不同時間會達到不穩定性的閾值，從而使它們能夠排出元素，而豐富宇宙的變數尚不清楚。 不過，總的來說，我們有乙個很好的理論，它假設沒有發生重大的質量傳遞事件來增加恆星的質量或將其吸出恆星，並且恆星的演化、生存和死亡僅基於兩個因素：其初始質量與重元素的比率，或其誕生的金屬性。
也許不出所料，這種計算中最大的不確定性是在極低的金屬含量結束時：對於由最原始材料製成的恆星。 因為我們目前觀測到的所有恆星都不再是原始的，而是已經完全富集了過去經過多代恆星的物質，然後形成了今天存在的恆星，所以很難在太陽中發現一顆重元素含量低於一定比例（約0）的恆星1%）。雖然我們認為成對不穩定的超新星很常見，就像產生黑洞或中子星的正常超新星一樣，但這些並不是唯一的選擇。
超新星型別是初始恆星質量和比氦重的元素的初始含量（金屬含量）的函式。 請注意，第一顆恆星佔據了圖表的底行，不含金屬，黑色區域對應於直接坍縮的黑洞。 對於現代恆星，我們不確定產生中子星的超新星與產生黑洞的超新星在本質上是相同還是不同，以及它們在自然界中是否具有“質量間隙”。 然而，黑洞的形成是幾乎所有超新星情景中可能的最終結果。 **fulvio314 / wikimedia commons
最後，無論是一顆大質量極大的恆星，還是一顆經過正確過程的恆星，都可以經歷乙個根本不會導致災難性**的命運：沒有任何種類的超新星。 相反，這些大質量恆星可以直接坍縮成黑洞。 不需要失控的聚變反應;可能沒有**或任何彈出;質量可以立即克服來自其中心區域的輻射，導致引力坍縮坍縮。 一旦事件視界形成，它幾乎不可避免地會坍縮成黑洞。
雖然這似乎是乙個科幻場景，但我們實際上有一些值得注意的證據表明，這種情況發生在自然界中，不僅發生在“原始”恆星上，甚至在後期階段也是如此。 在整個宇宙中，過去曾有過在乙個或多個點上成像的恆星，但當我們回顧它們曾經所在的地方時，它們似乎已經消失了。 任何波長的光都沒有輻射，也沒有我們能看到的殘餘物，儘管我們知道找到它們的所有方法。 不知何故，這些大質量的恆星似乎只是坍塌了：很可能變成了乙個黑洞。
哈勃望遠鏡的可見近紅外線**顯示，一顆質量約為太陽質量25倍的大質量恆星已經消失，沒有超新星或其他解釋。 直接坍縮是唯一合理的候選解釋，並且是首次形成黑洞的已知方式，除了超新星或中子星合併。 **nasa/esa/c.Kochanek（奧勒岡州立大學）。
從理論上講，直接坍縮的過程，無論是來自最大質量的恆星還是從未經歷過恆星階段的氣體雲，都是當今佔據星系中心的超大質量黑洞種子的起源的原因。 這可能是質量最大的恆星的死亡，它們產生的黑洞質量是太陽質量的數百或數千倍，但也可能是達到太陽質量數萬倍或數十萬倍的物質團塊直接坍塌，形成這些種子黑洞，然後可以增長到他們在後期觀察到的巨大質量。
隨著時間的流逝，合併和引力增長將導致宇宙中已知最大的質量黑洞，是今天太陽質量的數百萬甚至數十億倍。 宇宙中第一批恆星的形成大約需要5000萬到1億年，許多原始恆星在大恆星之後的數億年仍在形成。 然而，一旦你形成了恆星，在那之後，其中質量最大的恆星只需要一百萬或兩年就會死亡，形成黑洞，並通過星際介質傳播沉重的、經過處理的元素。 隨著時間的流逝，宇宙最終包含重元素，並開始類似於我們今天所知道和居住的宇宙。