房间关灯之后，划第一根火柴的那一下会显得特别亮。不是因为火柴有多强，而是因为之前什么都没有，眼睛已经完全适应了黑暗。宇宙在诞生后约一亿年里也处于这种状态：没有恒星，只有中性氢和氦，直到第一批恒星点亮，才有光可以往外走，宇宙才第一次真正「亮」起来。
第一代恒星（星族 III）理论上是零金属丰度的，形成于红移约 20 到 30、也就是大爆炸后约 1 到 2 亿年，典型质量在数十到数百倍太阳质量，寿命只有约几百万年。至今没有一颗被直接确认，证据全部是间接的；韦布望远镜已确认的最远星系红移约 14，比这批恒星晚得多。
没有金属，冷却方式就完全不同
天文学里「金属」指比氦重的一切元素。第一代恒星形成时，这些元素还不存在，气体成分只有氢和氦。
这一点决定了它们的命运。今天的气体云靠碳、氧、硅等元素的精细结构线辐射散热，效率很高，能迅速塌缩成小质量碎块。没有这些冷却剂，气体只能靠氢分子的微弱转动能级散热，效率低得多。
冷却慢，塌缩的一块就更大
散热慢意味着气体来不及碎裂成许多小云块，整块云更容易整体塌缩。这就是理论预言第一代恒星质量偏大的原因。
模拟给出的典型质量在数十到数百倍太阳质量，上限可以到一千倍。它们表面温度极高，辐射的很大一部分在紫外，正好能把周围的中性氢再电离。
它们活得短，死得也猛
质量越大，寿命越短。一百倍太阳质量的恒星，主序寿命只有约两三百万年。
死亡方式也不同于今天的恒星：部分会直接塌缩成黑洞，部分可能在爆发前就损失大量质量。无论哪种，它们都会把第一批重元素抛进周围气体，为第二代恒星准备原料。
证据全是间接的，但指向一致
最直接的线索是「极贫金属星」。银河系晕里有几颗恒星的铁丰度低于太阳的十万分之一，说明它们诞生时环境几乎未被污染。
第二条线索是宇宙微波背景的光学深度：如果第一代恒星在红移 20 之前就大量形成，电离信号会过强，与观测不符。
第三条是韦布望远镜看到的高红移星系。它们比预期更亮、更多，说明恒星形成开始得比模型原先设想的更早、更有效率。
| 参数 | 数值 | 口径与来源 |
|---|---|---|
| 形成红移 | 约 20–30 | 理论模型与模拟 |
| 形成时间 | 大爆炸后约 1–2 亿年 | 同上 |
| 典型质量 | 数十到数百倍太阳质量 | 数值模拟 |
| 主序寿命 | 约 200 万–300 万年 | 恒星演化计算 |
| 金属丰度 | 低于太阳的十万分之一 | 极贫金属星观测 |
| 已确认最远星系红移 | 约 14 | 韦布望远镜光谱确认 |
哪些是观测，哪些还是推断
常见问题
它们太远、太暗，且寿命只有几百万年。等到它们所在的星系被韦布看到时，这些恒星大多已经死亡，剩下的只有它们留下的元素。
主要差在金属丰度。金属影响不透明度、星风、以及冷却效率，因此同样质量的第一代恒星会更亮、表面更热、星风更弱。
只有间接关系。第一代恒星形成的位置，取决于暗物质晕的分布，因此它们的数量与红移分布可以用来反推小质量暗物质晕的性质。
延伸阅读
- Bromm, V. & Larson, R. B. 2004, ARA&A 42, 79
- Planck Collaboration 2020, A&A 641, A6（光学深度约束）
- JWST 官方早期科学结果页（jwst.nasa.gov）