星雲中物質的再循環，有多少物質重新進入了循環形成下一代恆星？

我們這個宇宙所有的物質與能量都來自於138億年前的一次宇宙大爆炸。按著這個宇宙大爆炸理論，在爆炸之初，物質只能以質子、中子、電子、光子以及中微子等基本粒子形態存在。隨著宇宙空間的不斷膨脹，導致宇宙的溫度和密度迅速下降。隨著溫度降低、冷卻的宇宙中，逐步形成原子核、原子、氣體分子。在那些物質聚集的區域逐漸凝聚成星雲，這些星雲就是形成宇宙中第一代恆星的搖籃，在大量恆星形成後會進一步形成各種各樣的星團與星系，最終形成我們現在所看到的宇宙。

在大爆炸初期分子雲中，物質在自引力作用下坍縮下形成了第一代恆星。目前我們對第一代恆星了解的還很少。但可以確定的是，第一代恆星的質量都非常大，一般都在幾百到上千倍太陽質量以上。而第一代恆星，金屬丰度是極低的（在天文學中，凡是比氦重的元素都稱為金屬），在大爆炸之後，只有氫、氦和極少的鋰等元素，可以說幾乎沒有金屬。所以那時的分子雲幾乎全是H2和He，這就導致分子雲沒有有效的冷卻機制（原理就不說了），原初分子雲就很難冷卻下來，要想如此熾熱分子雲坍縮下去，只能不斷增大質量以增強自身引力，分子雲才能被強行坍縮成恆星，這樣，就形成了質量超大的第一代恆星，至少是幾百倍的太陽質量。

這種大質量第一代恆星的結果就是，第一代恆星的歸宿都是黑洞，並不會形成白矮星或中子星什麼的。按照現在恆星演化模型，恆星的歸宿取決於恆星死亡爆發之後，核心殘餘了多少物質用於坍縮，如果小於1.44太陽質量，就形成白矮星，在1.44到3個太陽質量之間，則形成中子星（這一質量範圍現在還沒有完全確定），而大於3個太陽質量，就形成黑洞。理論模型表明，20倍太陽質量以上的恆星死亡時就會形成黑洞，所以對於質量超大的第一代恆星，其結局一般是大約100倍以上太陽質量的黑洞。而且這些黑洞的壽命很長，現在依然存在。並且這些黑洞在隨後漫長的演化過程中還會不斷吸積物質長大，甚至合併，但不會消失。（大質量黑洞的霍金輻射是非常非常緩慢的）

第一代恆星還有個特點就是壽命都很短，因為恆星的質量與壽命成反比，所以對於幾百到幾千倍太陽質量的恆星，不到十萬年就會消亡了，這對於138億年的宇宙年齡來說，幾乎是一瞬間，緊接著第二代恆星就開始慢慢形成了。而我們的太陽是50億年前形成的，至少應該是第三代恆星了。而且第一代恆星在演化過程中會通過核聚變形成大量的金屬元素，但在恆星內部聚變形成最重的元素只能是鐵，其他重元素是恆星在死亡的時候，通過超新星爆發產生比鐵更重的元素（你的金銀首飾都是通過超新星爆發後產生的）。

我們的太陽系很可能就是通過上一代恆星的超星星爆發後遺留的物質形成的，而只有8~25倍太陽質量的恆星才會因引力坍縮而最終發生超新星爆發，遺留下一顆中子星。這就表明，超新星爆發後會損失絕大部分質量，剩餘質量不足十分之一。也就是說，只有不足10%的物質會被下一代恆星所利用。而我們的太陽質量太小，歸宿只能是一顆紅巨星爆發，剩餘一顆白矮星，很難再形成下一代恆星了。

星雲中物質的再循環並非永無止境的，原生物質會一點一點地併入新生的恆星，直至全部用完。當最後一代恆星走完它們的生命輪迴而死亡時，天空就不再有星光，宇宙永恆的長夜就來臨了。

PS：未經同意不得轉載（圖片來源網路）

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