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银河系考古大发现,中国郭守敬望远镜,挖出罕见的第一代恒星遗迹

 艾牛科普君 2023-06-09 发布于福建

地球上不断有生命消失和诞生,生与死这种规律,放在宇宙中也是同样适用的。根据科学界的主流观点,宇宙诞生于138亿年前。恒星作为宇宙中的主角,在这漫长的时间中,不断有年老的恒星死去,观测数据显示,质量越大的恒星寿命越短。年老的恒星消失以后,那些物质又会化作形成其它新生恒星的材料。

研究表明,质量在太阳质量8倍及以上的恒星,到了生命末期会以超新星爆发的形式,结束其波澜壮阔的一生,这会在短时间内释放出极其巨大的能量。该恒星的大部分物质会被抛射到宇宙空间中形成星云,核心处的少量物质则会在引力的作用下坍缩形成中子星或者黑洞。太阳由于质量比较小,是不会发生超新星爆发的,最终只会形成白矮星。

早期宇宙中的物质几乎都是氢,氢元素在万有引力的作用下汇聚形成恒星,在重力引发的核聚变作用下,部分氢会转化为氦。当恒星演化到了一定阶段,就会开启氦聚变以及其他形式的聚变,直至铁元素。恒星就好比是一个元素制造工厂,那些比铁元素还重的元素,则是在超新星爆炸等过程中形成的。

早期宇宙中的星云几乎全部都是由氢元素组成的,不过在经历许许多多恒星死亡后,后来的星云就会含有其他元素。根据恒星的元素丰度,科学家为恒星进行了断代。其中诞生于宇宙早期的恒星被称作第1代恒星,这一代恒星几乎完全由氢构成。由于早期宇宙物质密度较大,形成的恒星质量也普遍较大,这导致它们的寿命极短,因此目前在宇宙中很难观测到第1代恒星。像太阳,至少属于第3代恒星,因为太阳系内的重元素比较多,不然也不可能形成岩石行星。

据人民网报道,中国科学院国家天文台研究员赵刚所带领的国际团队,利用我国的郭守敬望远镜(LAMOST)低分辨率光谱和日本昴星团(Subaru)望远镜高分辨率光谱数据,发现了一颗化学元素丰度极为特殊的恒星,这颗恒星被命名为LAMOST J1010+2358。研究显示,这颗恒星具有目前已知最低的钠含量。

这意味着什么呢?研究人员表示,这颗恒星极有可能是目前人类发现的最为古老的第2代恒星。第2代恒星是在第1代恒星死亡后形成的星云中成长起来的,其仅含有极少量的金属元素。

特别是金属含量低于太阳1%的部分极度贫金属恒星,它们可能直接诞生于第1代恒星死亡后的气体云中,因此其化学元素丰度能够在很大程度上保留第1代恒星的特征,通过研究这些银河系中的尚存的活化石,科学家可以研究第1代恒星的演化历史。而新发现的恒星LAMOST J1010+2358,就是一个活化石。

研究人员通过光谱对恒星LAMOST J1010+2358的化学元素丰度进行了分析,发现该恒星的化学丰度还显示出强烈的“奇偶效应”,即原子序数为奇数的元素含量远低于相邻的原子序数为偶数的元素含量。这种化学丰度特征无法通过核坍缩超新星理论模型解释,不过,却与对不稳定超新星理论(PISN理论)计算结果高度吻合。

PISN理论指出,对于质量在140~260倍太阳质量之间的第1代超大质量,其核心处产生的正负电子对会减弱恒星内部的辐射压力,并导致恒星坍缩形成一种特殊的超新星,即对不稳定超新星。与核坍缩超新星相比,对不稳定超新星形成的气体云中诞生的第二代恒星会展现出极其罕见的化学丰度特征。此次新发现的恒星LAMOST J1010+2358,正好符合这一特征。

研究人员表示,该恒星的首次发现从观测上证实了对不稳定超新星的存在,并为第一代超大质量恒星的形成和演化的观测研究指明了方向。目前这一研究结果,已发表在了国际学术期刊《自然》杂志上。

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