左侧是艺术家绘制的原初球状星团印象图，其中存在着具有强大星风的极超大质量恒星，这些恒星将通过超高温核反应产生的元素播撒至星团。右侧则是我们今日观测到的古老球状星团：幸存的小质量恒星仍保留着那些极超大质量恒星星风的痕迹，而这些恒星本身已坍缩成中等质量黑洞。图片来源：费边·博登施泰纳（Fabian Bodensteiner）；背景：由欧洲南方天文台（ESO）拉西拉观测站宽视场成像仪拍摄的银河系球状星团半人马座ω。
由巴塞罗那大学宇宙科学研究所（ICCUB）与加泰罗尼亚空间研究所（IEEC）的ICREA研究员马克·吉勒斯（Mark Gieles）领导的国际团队，开发出一种新模型，揭示了质量超过太阳1000倍的极超大质量恒星如何塑造宇宙中最古老星团的形成与早期演化。
这项发表于《英国皇家天文学会月报》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）的研究表明，这些庞大而短命的恒星在决定球状星团化学组成方面发挥了关键作用。球状星团是已知最古老、最神秘的恒星系统之一。
作为宇宙历史的古老见证者，球状星团是包含数十万至数百万恒星的致密球状集合体，存在于包括银河系在内的几乎所有星系中。其中大多数年龄超过100亿年，表明它们在大爆炸后不久便已形成。这些星团内的恒星展现出异常的化学组成，其中氦、氮、氧、钠、镁和铝等元素的含量出人意料。长期以来令天文学家困惑的这些化学差异，暗示着曾存在改变恒星原始形成气体的复杂过程，很可能涉及极高温的“污染源”。
这项新研究拓展了现有的惯性流入模型理论，将其应用于早期宇宙的极端环境。研究人员证明，在最大质量的星团中，湍流气体可自然形成质量达太阳1000至10000倍的极超大质量恒星。这些恒星巨擘会产生充满高温氢聚变产物的强大星风，随后与周围原始气体混合，造就具有独特化学指纹的恒星。
吉勒斯解释道：“我们的模型表明，仅需少数极超大质量恒星就能在整个星团留下持久的化学印记。这终于将球状星团形成的物理过程与我们如今观测到的化学特征联系起来。”日内瓦大学研究员劳拉·拉米雷斯·加莱亚诺（Laura Ramírez Galeano）与科琳娜·沙博内尔（Corinne Charbonnel）补充道：“此前已知极超大质量恒星中心的核反应能产生相应的元素丰度模式。现在我们获得了能解释这些恒星在大质量星团中自然形成路径的模型。”
整个过程进展迅速——仅在100至200万年内完成，且发生在任何超新星爆发之前，从而避免了超新星物质对星团气体的污染。
这项发现的意义远超银河系范畴。作者指出，詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）观测到的富氮星系中，很可能存在由极超大质量恒星主导的球状星团，这些恒星形成于星系演化的最早阶段。
达特茅斯学院与ICCUB-IEEC的保罗·帕多安（Paolo Padoan）强调：“极超大质量恒星可能在首批星系形成中扮演关键角色。它们的光度与化学产物自然解释了韦伯望远镜在早期宇宙中观测到的富氮原星系。”这些巨恒星终结生命时会坍缩成中等质量黑洞（重量超过100个太阳），这类黑洞可能通过引力波被探测到。
总体而言，该研究为恒星形成、化学增丰与黑洞诞生之间的关联提供了连贯解释，表明极超大质量恒星对首批星系的发展至关重要，在滋养球状星团的同时催生了最早期的黑洞。
