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每日視訊：銀河系考古“活化石”揭秘宇宙第一縷曙光

時間：2023-06-08 13:07:02

【資料圖】

原標題：銀河系考古“活化石”揭秘宇宙第一縷曙光（主題）

郭守敬望遠鏡發(fā)現(xiàn)第一代超大質(zhì)量恒星化學遺跡（副題）

文匯報訊（記者沈湫莎）第一代恒星給宇宙帶來第一縷曙光，是終結(jié)黑暗時代的起始點。理論預言第一代恒星的壽命極短，只存在于高紅移的宇宙之中，直接觀測到第一代恒星的難度極大。近日，中國科學院國家天文臺趙剛研究員帶領的國際團隊率先在銀暈恒星中發(fā)現(xiàn)了第一代超大質(zhì)量恒星演化后坍縮形成的“對不穩(wěn)定超新星”（PISN）存在的化學證據(jù)，證實這一超新星源自一顆質(zhì)量高達260倍太陽質(zhì)量的第一代恒星，刷新了人們對第一代恒星質(zhì)量分布的認知。昨天國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了這一研究成果。

長期以來，銀河系考古領域一直致力于通過貧金屬星來研究第一代恒星，部分極貧金屬星（金屬含量低于太陽的百分之一）可能誕生于第一代恒星終結(jié)時形成的氣體云，其化學豐度完整保留了第一代恒星演化產(chǎn)物的特征，從而使我們能夠利用這些“活化石”揭示第一代恒星的演化歷史。

理論研究表明，第一代恒星的質(zhì)量可達到太陽質(zhì)量的數(shù)百倍，但人們一直未能從觀測上發(fā)現(xiàn)相關(guān)證據(jù)。通常發(fā)現(xiàn)的極貧金屬星保留了核坍縮超新星的核合成產(chǎn)物，但這些超新星的前身星普遍小于100倍太陽質(zhì)量。對于質(zhì)量介于140倍至260倍太陽質(zhì)量的第一代恒星而言，其核心處產(chǎn)生的正負電子對會減弱恒星內(nèi)部輻射壓力，并導致恒星坍縮形成一種特殊的超新星，即PISN。與核坍縮超新星相比，PISN產(chǎn)物具有極為特殊的化學組成，在其演化后形成的氣體云中誕生的第二代恒星會展現(xiàn)出極其罕見的化學豐度模式。

論文第一作者邢千帆博士介紹，研究團隊結(jié)合郭守敬望遠鏡（LAMOST）低分辨率光譜和日本昴星團（Subaru）望遠鏡高分辨率光譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了一顆化學豐度極為特殊的恒星，它具有目前已知最低的鈉含量。該恒星的化學豐度還顯示出了強烈的“奇偶效應”，即原子序數(shù)為奇數(shù)的元素含量遠低于相鄰的原子序數(shù)為偶數(shù)的元素含量。此外，該恒星基本不含鍶、鋇等中子俘獲元素，幾乎未受到中子俘獲過程的影響。

這些化學豐度特征無法通過核坍縮超新星理論模型解釋，卻與260倍太陽質(zhì)量的PISN理論計算結(jié)果高度吻合。這一發(fā)現(xiàn)首次從觀測上證實了PISN的存在，并為第一代超大質(zhì)量恒星（超過100倍太陽質(zhì)量）形成和演化的觀測研究指明了方向。

論文通訊作者趙剛研究員表示，此項研究從觀測上證實第一代恒星的質(zhì)量可以達到太陽質(zhì)量的數(shù)百倍，揭示了PISN在宇宙早期化學增豐過程中的貢獻，對研究第一代恒星的初始質(zhì)量函數(shù)意義重大，并將對元素起源、宇宙早期的恒星形成和星系化學演化等研究產(chǎn)生深遠影響。

美國哈佛大學天文系原主任阿維·勒布表示：“發(fā)現(xiàn)PISN的證據(jù)是貧金屬星研究領域的圣杯之一。”《自然》審稿人認為，該成果第一次為PISN與銀暈恒星化學豐度之間的聯(lián)系提供了決定性證據(jù)，期待未來能夠利用LAMOST和中國空間站工程巡天望遠鏡發(fā)現(xiàn)更多化學豐度特殊的恒星，由此加深對銀河系演化歷史的理解。

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來源: 文匯報編輯: FN008

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