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在銀河系旁邊發現的宇宙中最古老的恒星之一

2024-03-24科學

尋找在宇宙黎明時出現的第一批恒星,我們發現了迄今為止最古老的恒星之一,就在我們銀河系的隔壁。

它並不是第一代恒星中的一員。這顆被稱為LMC 119的黑暗中的微光是在環繞銀河系的大麥哲倫雲中發現的,它是在另一個星系中發現的第一顆宇宙第二代恒星。

領導這項研究的芝加哥大學天體物理學家Anirudh Chiti說:「這顆恒星為了解我們以外星系的早期元素形成過程提供了一個獨特的視窗。」。

「我們已經對這些被第一批恒星化學富集的恒星在銀河系中的樣子有了一個想法,但我們還不知道其中一些特征是否是獨特的,或者其他星系中是否也發生了類似的事情。」

大麥哲倫星雲。(美國太空總署/噴射推進實驗室-加州理工學院/STScI)

宇宙中最早的恒星沒有各種各樣的材料可以使用。它們是由氫和氦的雲形成的,氫和氦在宇宙大爆炸後在早期結合,將它們的核心變成聚變機器,在黑暗中發光。

正是這些恒星,將氫分解為氦,然後將氦分解為碳,等等,一直到大質素恒星的鐵,才開始了宇宙元素周期表的產生。恒星劇烈的爆炸和碰撞產生了更重的元素。

一旦這些元素出現在宇宙中,它們就會被隨後的幾代恒星吸收。恒星的金屬豐度是天文學家用來判斷其年齡的指標之一;恒星成分中金屬含量較低意味著它在宇宙中誕生得更早,當時周圍的金屬含量要少得多。

紫外線下的大麥哲倫星雲。(美國太空總署/斯威夫特/S·伊姆勒(戈達德)和M·西格爾(賓夕法尼亞州立大學))

聖杯將是沒有任何金屬含量的恒星——第一代的恒星。但目前還沒有發現。我們認為這是因為大多數最初的恒星都是如此巨大,以至於它們燃燒殆盡,死亡速度極快。

我們在銀河系中發現的是天文學家認為屬於第二代的恒星——它們的金屬豐度如此之低,以至於它們一定只是從第一代恒星爆炸成星塵後留下的物質中誕生的。

研究人員表示,它們極為罕見——不到十萬分之一的恒星是第二代恒星——但它們值得尋找。在銀河系外發現一個可能會告訴我們,漂浮在早期宇宙周圍的物質是否均勻分布。

奇蒂說:「在它們的外層,這些恒星將元素保存在它們形成的地方附近。」。「如果你能找到一顆非常古老的恒星並得到它的化學成分,你就能了解數十億年前該恒星形成時宇宙的化學成分是什麽樣的。」

為了尋找河外古老的恒星,奇蒂和他的同事們將註意力轉向了大麥哲倫雲,這是銀河系的一顆衛星,其軌域距離約為160000光年。這就是他們發現LMC 119的地方,這是一顆重元素含量如此之低的恒星,它一定是第二代恒星的一員。

根據蓋亞的數據組譯的銀河系影像,右下角是大小麥哲倫星雲。(歐空局/蓋亞/DPAC)

有趣的是,研究小組在LMC 119中發現了他們正在尋找的答案之一。它的成分確實與銀河系第二代恒星不同——它的碳和鐵明顯更少。

奇蒂說:「這非常有趣,這表明,正如我們在銀河系中看到的那樣,也許最早一代的碳增強並不是普遍的。我們必須進行進一步的研究,但這表明各地存在差異。」。

「我認為我們正在完善早期元素富集過程在不同環境中的情況。」

研究人員認為,這些古老的恒星中可能有更多潛伏在大麥哲倫星雲中。發現它們可能會為宇宙的幼年期以及在空間和時間上分離的恒星所走的前進演化道路的差異提供新的線索。