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中央研究院天文及天文物理研究所研究成果發表，日期：2026年6月18日
最新模擬揭示：原始暗物質暈中的劇烈亂流，撕裂了宇宙最早的恆星搖籃
在大霹靂後短短數億年，宇宙仍是一片黑暗而單純的世界。沒有像銀河系那樣璀璨的星系，沒有行星，也不存在碳、氧等重元素。浩瀚太空中，只有原始的氫與氦氣體雲緩慢漂浮，逐漸落入被稱為「迷你暗物質暈（minihalos）」的隱形重力巢穴。就在這黑暗的宇宙搖籃裡，第一代恆星——也就是所謂的第三族恆星（Population III stars）——開始誕生。
數十年來，天文學家普遍認為，這些宇宙第一批恆星誕生於相對平靜的環境中，並成長為質量比太陽大數百倍的巨型恆星。然而，由中央研究院天文及天文物理研究所助研究員陳科榮博士領導的一項突破性研究，卻描繪出截然不同、更加狂野的宇宙童年景象。
透過超高解析度宇宙學模擬，研究團隊發現，早期暗物質暈中的原始氣體根本不是靜止安穩的，而是被劇烈攪動成一場場超音速宇宙風暴。這些「宇宙颶風」以超音速在氣體中翻騰咆哮，使原本均勻的氣體雲撕裂成許多高密度團塊，徹底改寫第一代恆星的誕生條件。研究成果已發表於最新一期的天文物理期刊。
研究團隊追蹤了15個形成於約130億年前的原始迷你暗物質暈，當時宇宙年齡還不到3億歲。為了看清這些微小結構中的細節，研究人員將大型宇宙模擬的解析度提高了十萬倍，使他們能夠一路追蹤亂流（turbulence）運動，深入到小於一光年的尺度——這是前所未有的精細程度。
模擬結果顯示，流入暗物質重力井的氣體，自然就會激發亂流。多股氣流在暈中心猛烈碰撞，形成翻滾、盤旋、極度混亂的運動，其馬赫數介於2至5之間，意味著氣體流速達到局部音速的數倍；在某些區域，這場超音速風暴甚至更加猛烈。
過去認為氣體會平穩收縮，孕育出單一巨大恆星；但如今研究顯示，這些被風暴席捲的氣體雲更像遭受巨浪撕裂的海面，碎裂成許多緻密氣體團塊。有些團塊僅有幾個太陽質量，有些則可累積到數十倍太陽質量，最終在自身重力下崩塌形成恆星。這項結果暗示：宇宙第一代恆星可能比過去認為的更小，也更加多樣化。
這項發現也為天文學界長久以來的謎團提供了重要線索。今日銀河系中仍可觀測到一些古老的「化石恆星」，它們保留了第一批超新星爆炸留下的化學指紋。然而令人意外的是，這些證據顯示第一代恆星的質量往往比傳統理論預測的小得多。如今，新發現的「亂流驅動碎裂機制」，為這個矛盾提供了一個自然且合理的解答。
這項研究對當前的觀測也具有重要意義。雖然利用韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）仍無法直接看見單顆第一代恆星，但它們的質量會深刻影響第一批星系的演化，以及早期宇宙的化學富集歷程。因此，要解讀宇宙黎明時代的觀測結果，理解這些原始恆星如何誕生至關重要。
從更深層的角度來看，這項研究顛覆了人們對宇宙最初星辰搖籃的想像。第一代恆星的誕生地，並非寧靜安詳的嬰兒床，而是一片充滿衝擊波、狂暴氣流與混亂亂流的原始戰場。這些遠古宇宙風暴，或許正是塑造宇宙第一代星辰的關鍵力量，而後續所有星系、行星，甚至生命的出現，都可能源自這場宇宙最初的風暴。
氣體沿著錯綜複雜的宇宙絲狀結構，如河流般源源不絕地匯入迷你暗物質暈（minihalos）。當這些氣流在暈中心猛烈碰撞、交會時，不僅持續為緻密氣體團塊輸送養分，也在周圍氣體中掀起強烈而狂暴的亂流，如同宇宙深處翻騰的風暴，攪動著第一代恆星誕生前的原始搖籃。圖片來源：中研院天文所／何孟遠
這些影像揭示了模擬接近結束時，三個原始暗物質暈內部宛如「宇宙天氣系統」般的混亂景象。不同氣體流動彼此交疊的區域，正是劇烈亂流爆發的熱點——原始宇宙氣體在此被猛烈攪動、翻騰，如同一場場席捲星際空間的風暴核心。大量氣體以超越音速的速度奔騰穿梭，形成強大的超音速流動；而隨著暗物質暈質量增加，這些宇宙風暴也變得更加狂暴壯闊。盤旋、翻湧與匯聚的氣流，共同描繪出墜入暗物質引力井的氣體如何彼此碰撞、糾纏與交互作用，尤其在擁擠的中心區域更為劇烈——而那裡，正是宇宙第一批恆星開始孕育成形的地方。圖片來源：中研院天文所／何孟遠
在其中一個迷你暗物質暈的深處，兩座閃耀著微光的緻密氣體「島嶼」，從翻騰不息的原始雲氣中浮現而出。它們矗立於混亂之中，彷彿宇宙黎明前黑暗海洋中的孤島。這些結構並非平靜孕育而成，而是由劇烈的超音速運動精雕細琢——那些席捲最早恆星誕生區域的原始宇宙風暴，不斷翻攪、撕裂與重塑周圍氣體。隨著這些氣體團塊持續從四周吸積物質、逐漸壯大，它們終將在自身重力作用下崩塌，引燃下一批第一代恆星的誕生。而它們最終累積的質量，或許將決定這些遠古恆星究竟能成長到多巨大，為宇宙最初星光的命運劃下界線。圖片來源：中研院天文所／何孟遠、董沛承
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這篇論文發表於2026年6月出版的天文物理期刊（Astrophysical Journal），篇名：Turbulence in Primordial Dark Matter Halos and Its Impact on the First Star Formation
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中央研究院天文及天文物理研究所助研究員 陳科榮
Email: kjchen@asiaa.sinica.edu.tw Tel: (02)2366-5457
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