上海市|宇宙是到底如何进化的？来自宇宙最早恒星的残留物或将揭示这一点华东师范大学|中国科学院|上海

文章图片
这颗恒星名为AS0039 ，位于距离太阳系约29万光年的雕刻家矮星系（Sculptor dwarf galaxy）。在银河系以外的恒星中，这颗恒星的残留物中金属（特别是铁）的浓度最低。研究人员认为，这一发现证明，这些残骸是宇宙中最早的恒星之一的直接后代，而这颗恒星的金属含量非常低。

研究小组发现， AS0039的原始母星的质量大约是20个太阳的质量，很可能死于超超新星——一种比普通超新星强大10到100倍的恒星爆炸。这一发现可能揭示了迄今为止从未被直接或间接观测到的关于宇宙第一批最早恒星的新信息。该研究的合著者、英国剑桥大学的天文学家迈克· 埃尔文（Mike Irwin）表示：“AS0039具有如此不同寻常的化学成分，使我们能够探测宇宙第一批恒星的性质，特别是它们的恒星质量。 ” 宇宙是到底如何进化的？来自宇宙最早恒星的残留物或将能够揭示这一点。
1、宇宙最早的恒星
尽管所有的恒星都是被称为等离子体的高温气体球，由核心元素的聚变提供燃料，但它们也极其多样化，它们的大小和颜色各不相同。但所有的恒星都可以根据它们的化学成分或金属丰度，可以分为三个不同的类群：类群I、类群II和类群III 。
I族恒星，像太阳和可观测宇宙中的大多数其他恒星一样，有很高的金属含量，特别是铁，并富含相对重元素，如钙和镁。 II族恒星，如AS0039 ，则要稀少得多；这些缺乏金属的恒星只含有微量的重元素。科学家从未见过的III族恒星几乎完全不含金属，没有重元素。

【上海市|宇宙是到底如何进化的？来自宇宙最早恒星的残留物或将揭示这一点】埃尔文教授指出，虽然III族恒星的恒星从未被发现过，但天文学家知道，宇宙中诞生的第一批恒星应该是属于星族III的恒星。在核聚变过程中，氢原子融合成氦，释放出巨大的能量。大多数恒星——那些质量高达1.4倍太阳质量的恒星——会慢慢耗尽它们的氢燃料，直到没有氢燃料为止，然后膨胀成红巨星，最终坍缩成白矮星。
然而，较大的恒星会迅速耗尽它们的氢，转而开始将氦聚变成碳，最终将碳聚变成铁，而铁是恒星能产生的最重的元素。最终，这些大恒星变得密度过大，坍缩成超新星，这不仅将恒星的元素分散到周围的空间，还释放出足够的能量来创造比铁更重的元素。
而新恒星通常是在前一颗恒星留下的气体云中诞生的，所以当它们形成时，它们吸收了一些金属和重元素，这些元素来自于它们之前爆炸的恒星。因此，今天观测到的所有恒星都是星族I或星族II的恒星，因为它们是由之前恒星的残余物形成的。
然而，埃尔文教授认为，宇宙最早的第一批恒星，比如星族III恒星，是由纯氢形成的，这是大爆炸后创造的第一个元素。 “星族III恒星被定义为宇宙中已经形成的第一代恒星，因此是由零金属丰度形成的。 ”这些主恒星也缺乏重元素，因为它们不是由超新星产生的。2、超级新星的后代
当研究人员发现AS0039时，他们对它的金属贫乏程度感到惊讶，甚至与其他II族恒星相比也是如此。 AS0039的金属浓度是我们银河系以外所研究的恒星中最低的，也是宇宙中所研究的恒星中最低的碳浓度。它也有不同寻常的重元素比例，特别是镁和钙，其含量非常稀少。这些发现表明AS0039可能是第二代恒星，由星族III恒星的残骸形成。
计算机模拟表明，产生AS0039的星族III恒星可能死于一次强大的超超新星爆炸。埃尔文教授表示：“我们认为，星族III的恒星通常比我们今天看到的恒星质量更大，所以如果星族III的恒星最终变成超新星，也不会令人惊讶。 ”
研究人员希望AS0039将帮助天文学家定位更多的发现第二代缺乏金属的恒星，这将反过来阐明星族III恒星的大小和分布，他们扮演的角色将反映早期宇宙的状态。埃尔文教授说：“AS0039表明了解星族III恒星的性质是有可能的，并为寻找更多的例子指明了道路，这对于帮助我们理解宇宙是如何进化到我们今天所观察到的状态是至关重要的。 ”这项研究已经在线发表在《天体物理学杂志通讯》上。