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在银河系旁边发现的宇宙中最古老的恒星之一

2024-03-24科学

寻找在宇宙黎明时出现的第一批恒星,我们发现了迄今为止最古老的恒星之一,就在我们银河系的隔壁。

它并不是第一代恒星中的一员。这颗被称为LMC 119的黑暗中的微光是在环绕银河系的大麦哲伦云中发现的,它是在另一个星系中发现的第一颗宇宙第二代恒星。

领导这项研究的芝加哥大学天体物理学家Anirudh Chiti说:「这颗恒星为了解我们以外星系的早期元素形成过程提供了一个独特的窗口。」。

「我们已经对这些被第一批恒星化学富集的恒星在银河系中的样子有了一个想法,但我们还不知道其中一些特征是否是独特的,或者其他星系中是否也发生了类似的事情。」

大麦哲伦星云。(美国国家航空航天局/喷气推进实验室-加州理工学院/STScI)

宇宙中最早的恒星没有各种各样的材料可以使用。它们是由氢和氦的云形成的,氢和氦在宇宙大爆炸后在早期结合,将它们的核心变成聚变机器,在黑暗中发光。

正是这些恒星,将氢分解为氦,然后将氦分解为碳,等等,一直到大质量恒星的铁,才开始了宇宙元素周期表的产生。恒星剧烈的爆炸和碰撞产生了更重的元素。

一旦这些元素出现在宇宙中,它们就会被随后的几代恒星吸收。恒星的金属丰度是天文学家用来判断其年龄的指标之一;恒星成分中金属含量较低意味着它在宇宙中诞生得更早,当时周围的金属含量要少得多。

紫外线下的大麦哲伦星云。(美国国家航空航天局/斯威夫特/S·伊姆勒(戈达德)和M·西格尔(宾夕法尼亚州立大学))

圣杯将是没有任何金属含量的恒星——第一代的恒星。但目前还没有发现。我们认为这是因为大多数最初的恒星都是如此巨大,以至于它们燃烧殆尽,死亡速度极快。

我们在银河系中发现的是天文学家认为属于第二代的恒星——它们的金属丰度如此之低,以至于它们一定只是从第一代恒星爆炸成星尘后留下的物质中诞生的。

研究人员表示,它们极为罕见——不到十万分之一的恒星是第二代恒星——但它们值得寻找。在银河系外发现一个可能会告诉我们,漂浮在早期宇宙周围的物质是否均匀分布。

奇蒂说:「在它们的外层,这些恒星将元素保存在它们形成的地方附近。」。「如果你能找到一颗非常古老的恒星并得到它的化学成分,你就能了解数十亿年前该恒星形成时宇宙的化学成分是什么样的。」

为了寻找河外古老的恒星,奇蒂和他的同事们将注意力转向了大麦哲伦云,这是银河系的一颗卫星,其轨道距离约为160000光年。这就是他们发现LMC 119的地方,这是一颗重元素含量如此之低的恒星,它一定是第二代恒星的一员。

根据盖亚的数据汇编的银河系图像,右下角是大小麦哲伦星云。(欧空局/盖亚/DPAC)

有趣的是,研究小组在LMC 119中发现了他们正在寻找的答案之一。它的成分确实与银河系第二代恒星不同——它的碳和铁明显更少。

奇蒂说:「这非常有趣,这表明,正如我们在银河系中看到的那样,也许最早一代的碳增强并不是普遍的。我们必须进行进一步的研究,但这表明各地存在差异。」。

「我认为我们正在完善早期元素富集过程在不同环境中的情况。」

研究人员认为,这些古老的恒星中可能有更多潜伏在大麦哲伦星云中。发现它们可能会为宇宙的幼年期以及在空间和时间上分离的恒星所走的进化道路的差异提供新的线索。