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科学家在我们旁边的一个星系中发现宇宙中最古老的恒星之一

(2024-04-28 13:51:33)

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科学家在我们旁边的一个星系中发现宇宙中最古老的恒星之一

By Jonathan Gilbert

2024/4/28

在大麦哲伦云中发现的一颗古老恒星已经揭示早期宇宙的化学指纹。这暗示当第一批恒星锻造了生命的元素时到处的情况是不同的。

一幅大麦哲伦星云的望远镜图像，这是一个环绕银河系的卫星星系，包含宇宙的早期组成的线索。 (Image credit: Zdenk Bardon/ESO)

科学家们已经识别了已知银河系以外最古老的恒星之一。这一于3月报告在《自然天文学》杂志上的发现已经在银河系的卫星星系大麦哲伦云（LMC）中发现了来自宇宙早期日子的一个遗迹，并正在揭示来自一个甚至在太阳存在之前时间的条件。

大爆炸后诞生的第一批恒星数十亿年前活了和死亡了，因此没有留下来告诉早期宇宙的故事。但这些恒星祖先的痕迹被保存在形成了并至今仍然存活的第二代恒星中。

该研究的主要作者、芝加哥大学的天体物理学家阿尼路西齐提在一封电子邮件中告诉《生活科学》杂志，这些古老恒星的外层“保存它们诞生气体云的化学成分”，因此揭示用新化学物质播种了这些云的第一代恒星的成分。齐提说，这些恒星的成分提供一个探究数十亿年前恒星形成时元素早期产生的窗口。

狩猎恒星遗迹

数十亿年前最早的恒星在大爆炸后不久火焰成生命。它们是由当时唯一存在的丰富元素弄成的庞然大物：大约四分之三的氢和四分之一的氦。这些巨星很快烧尽它们的核燃料，脱落它们的外层，然后作为超新星爆炸，并用在它们核内锻造的新的更重的元素污染它们的恒星邻域。

当第二代恒星从被第一代恒星增富的气体云诞生时，这些恒星灰烬进入了混合物。这个循环继续了，构建了越发更重的元素，甚至用生命的构建块播种宇宙。这是我们呼吸的氧气、骨骼中的钙和血细胞中的铁的来源。

詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的大麦哲伦星云中一个湍流恒星形成区域——30朵拉星云的图像。 (Image credit: NASA, ESA, Elena Sabbi (ESA, STScI))

通过测量一颗恒星中的这些元素的量，天文学家能估计它的年龄。已经积累的“灰烬”越少，恒星就一定越老，而年轻的恒星已经积累了许多来自早期恒星的元素。

从来没有一颗第一代恒星已经被观测到，但天文学家已经在我们的星系中发现了一些古老的第二代恒星。这些化石是非常罕见的。在我们的星系中不到十万分之一的恒星来自第二代。齐提在一份声明中说，“你真的是大海捞针。”。

从这些遗迹，天文学家已经了解了很多我们银河系的早期状况。现在，他们想要了解银河系是典型的还是在其他星系中那些条件是不同的。

为回答这个问题，研究作者将目光转向了我们最近的星系邻居之一大麦哲伦云。从南半球是肉眼可见的，大麦哲伦云比银河系更小，注定在大约24亿年后与银河系合并。

齐提说，“大麦哲伦云是引人注目的，是因为它本身几乎是一个主要星系”，而且仅最近被捕捉在银河系的拉力中。

该团队搜索了由欧洲航天局盖亚太空望远镜收集数据中的大麦哲伦云中的老恒星。他们用智利6.5米的麦哲伦望远镜进行了后续研究并发现了10颗铁含量比其他大麦哲伦云恒星更低约100倍的恒星，这意味着它们非常古老。

盖亚号宇宙飞船随它观测的描画。(Image credit: ESA)

其中一个鹤立鸡群。它被称为LMC-119，它比我们银河系以外的任何已知恒星都更少这种宇宙污染。这提示它被一颗超新星增富的气体形成并且LMC-119是第二代恒星且非常古老的可靠迹象。

齐提告诉生活科学杂志，“我想说LMC-119很可能至少约130亿岁老” 。（相比之下，宇宙本身被估计是138亿岁老。）

如今，大麦哲伦云距离我们约16万光年远，但作者估计，当它的最早的恒星形成时它距离我们约600万光年远。他们在论文中说，“这将早期大麦哲伦云与银河系早期形成的第一批恒星甩射物隔离开来”。这意味着大麦哲伦云的古老恒星能告诉天文学家关于另一个星系的婴儿状况。