科学家在银河系的卫星星系大麦哲伦云中发现了宇宙中最古老的恒星之一

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大麦哲伦星云的望远镜图像，这是一个围绕银河系运行的卫星星系，包含了宇宙早期组成的线索。（图片来源：Zden?k Bardon/ESO）

据美国生活科学网站（乔纳森·吉尔伯特）：科学家们已经确认了银河系以外已知最古老的恒星之一。这一发现于3月发表在《自然天文学》杂志上，在银河系的卫星星系大麦哲伦云（LMC）中发现了宇宙早期的遗迹，并揭示了太阳存在之前的条件。

宇宙大爆炸后诞生的第一批恒星在数十亿年前生存和死亡，因此没有留下来讲述早期宇宙的故事。但这些恒星祖先的痕迹在第二代恒星中被保存下来，这些恒星形成并至今仍然存在。

该研究的主要作者、芝加哥大学的天体物理学家Anirudh Chiti在一封电子邮件中告诉《生活科学》，这些古老恒星的外层“保存了其诞生气体云的化学成分”，因此揭示了为这些云注入新化学物质的第一代恒星的成分。奇蒂说，这些恒星的组成为了解数十亿年前恒星形成时元素的早期产生提供了一个窗口。

狩猎恒星遗迹

最早的恒星在数十亿年前，也就是宇宙大爆炸后不久就开始发光了。它们是由当时唯一存在的丰富元素制成的庞然大物：大约四分之三的氢和四分之一的氦。这些巨星很快烧穿了它们的核燃料，脱落了外层，然后作为超新星爆炸，并在其核心内锻造了新的更重的元素，污染了它们的恒星邻域。

当第二代恒星从第一代恒星富集的气体云中诞生时，这些恒星灰就进入了混合物。这个循环还在继续，构建了越来越重的元素，甚至为宇宙播下了生命的基石。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。（图片来源：NASA、ESA、Elena Sabbi（ESA、STScI））

通过测量恒星中这些元素的数量，天文学家可以估计其年龄。积累的“灰烬”越少，恒星就越老，而年轻的恒星则积累了许多早期恒星的元素。

第一代恒星中没有一颗被观测到，但天文学家在我们的星系中发现了一些古老的第二代恒星。这些化石非常罕见。在我们的星系中，只有不到十万分之一的恒星来自第二代。奇蒂在一份声明中说：“你真是大海捞针。”。

从这些遗迹中，天文学家对我们银河系的早期状况了解了很多。现在，他们想了解银河系是典型的，还是其他星系的情况不同。

为了回答这个问题，研究作者将目光投向了我们最近的星系邻居之一，LMC。从南半球肉眼可见，LMC比银河系小，注定在大约24亿年后与银河系合并。

奇蒂说：“LMC之所以引人注目，是因为它本身几乎是一个主要星系”，而且最近才受到银河系的牵引。

该团队在欧洲航天局盖亚太空望远镜收集的数据中搜索LMC中的老恒星。他们使用智利6.5米的麦哲伦望远镜进行了后续研究，发现了10颗铁含量比其他LMC恒星低约100倍的恒星，这意味着它们非常古老。



盖亚号宇宙飞船进行观测时的插图。（图片来源：ESA）

其中一个脱颖而出。它被称为LMC-119，比我们银河系以外的任何已知恒星都少这种宇宙污染。这表明它是由一颗超新星富集的气体形成的，是LMC-119是第二代恒星且非常古老的可靠迹象。

“我想说LMC-119很可能至少有130亿年的历史，”Chiti告诉Live Science。（相比之下，宇宙本身估计有138亿年的历史。）

如今，LMC距离我们约16万光年，但作者估计，当它最早的恒星形成时，它距离我们约600万光年。他们在论文中说：“这将早期LMC与银河系早期形成的第一批恒星的喷出物隔离开来。”。这意味着LMC的古老恒星可以告诉天文学家另一个星系的婴儿状况。

有趣的是，LMC-119的碳含量比我们银河系中的古代恒星低得多。这暗示了这两个星系中较重元素的形成方式存在之前未知的差异，并表明我们年轻星系的环境可能与LMC不同。

奇蒂说：“能够开启大麦哲伦星云的恒星考古，并能够如此详细地绘制出第一批恒星是如何在不同地区化学富集宇宙的，这真的很令人兴奋。”他相信，在LMC中还有更多这样的古老恒星等待被发现。

奇蒂现在正在领导一个新项目，使用智利的布兰科4米望远镜和旨在识别银河系中最古老的化石恒星和我们的银河系邻居的设备，拍摄四分之一的南部天空。通过发现这些遗迹，天文学家希望更好地了解恒星是如何利用构成我们周围所有元素的元素丰富宇宙的。