按照當前的宇宙演化模型，第一代恆星應該早就不在了。在138億年前，奇點大爆炸創生了宇宙，並在早期合成出了氫和氦元素，還有極少量的鋰、鈹元素。隨後，宇宙空間經過一定時間的膨脹之後，宇宙溫度降到足夠低的程度，在氣體雲密度較高的區域發生了引力坍縮，結果產生了宇宙中的第一代恆星。根據今年三月份《自然》（Nature）雜誌刊載的一項研究，天文學家疑似發現了宇宙中的最早恆星，那時距離宇宙起源才1.8億年。

宇宙中的第一代恆星想象圖/Credit: N. R. Fuller

由於最初的宇宙物質密度較大，並且溫度較高，宇宙中產生的第一批恆星具有很高的質量，它們之中缺乏重元素。正因為如此，這些恆星的核聚變反應速率極高，它們很快會消耗完核燃料，然後爆炸成超新星，把重元素拋灑到宇宙空間中，成為下一代恆星的重元素來源。

天文學家估計，第一代恆星的壽命可能只有短短几十萬年，或者幾百萬年。而第一代恆星從誕生到現在已經過去了上百億年的時間，所以它們早已不存在。

但如果氣體雲在形成第一代恆星過程中以極高的速度自轉，這有可能會形成質量很低的紅矮星。由於它們的質量很小，核聚變反應速率要比大質量恆星慢得多，所以它們的壽命至少也有幾百億年，這要比太陽的壽命更長。而宇宙的歷史只有138億年，這意味著它們如今還存在於宇宙中。這些恆星的特徵是基本上沒有重元素，幾乎只有氫和氦兩種元素。不過，目前天文學家還未曾在宇宙中找到這樣的恆星。

參考論文：Judd D. Bowman, Alan E. E. Rogers, et al., An absorption profile centred at 78 megahertz in the sky-averaged spectrum, Nature 2018, 555, 67-70.

第一代恆星形成的時間大約在宇宙大爆炸之後的數億年，最新的觀測已經發現了3億年時間形成的恆星群。如今當然是早就沒影了，第一代恆星壽命是很短的，幾百萬年的時間就有可能爆發消失。

宇宙大爆炸發生30萬年後，宇宙溫度下降到幾千度，此時電子可以透過化學合成與原子核形成原子，光子可以自由運動，特定波長被吸收，輻射物質退耦，宇宙變得透明。這時宇宙的主要物質為氣態，並在自身引力作用下凝聚成氣體雲塊，這就是最初的星雲，這是第一代恆星的搖籃。

第一代恆星具體是什麼時候形成的尚沒有確切的數字，科學家推測是在大爆炸後數億年內。第一代恆星指具有原初氣體成分、銀河系中的第一代恆星成員或零金屬丰度的恆星，因為最初的星雲中沒有碳和其他重元素，但目前我們只觀測到過低金屬丰度恆星，一直沒有真正觀測到第一代恆星，所以關於它們什麼時候誕生以及其初始質量函式等問題仍有很大爭議。

至少目前沒有發現宇宙大爆炸之後1億年至2億年的恆星，由此可以分析得出，宇宙大爆炸在2億至3億年可能是第一代恆星出現的時間，它們金屬丰度是零，如果有發現，是很好被光譜篩選出來的。研究第一代恆星的目的就是了解恆星演化，補充缺失的環節，太陽是大爆炸之後90億年才出現的，已經是相當成熟的恆星了。