环绕银河系光环的三颗恒星形成于120亿至130亿年前

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麻省理工学院的天文学家发现了宇宙中最古老的三颗恒星，它们生活在我们自己的银河系附近。这些恒星位于银河系的“晕”中，即包围主星系盘的恒星云，它们似乎形成于120亿至130亿年前，当时最早的星系正在形成。来源：Serge Brunier；国家航空和航天局

据麻省理工学院（Jennifer Chu）：麻省理工学院的研究人员，包括几名本科生，发现了宇宙中最古老的三颗恒星，它们恰好生活在我们自己的银河系附近。

研究小组发现了银河系“光环”中的恒星，光环是包围整个主星系盘的恒星云。根据该团队的分析，这三颗恒星形成于120亿至130亿年前，也就是第一批星系形成的时候。

研究人员为小型吸积恒星系统恒星创造了恒星“SASS”，因为他们认为每颗恒星都曾属于自己的小型原始星系，后来被更大但仍在增长的银河系吸收。今天，这三颗恒星是各自星系中剩下的全部恒星。它们环绕着银河系的外围，研究小组怀疑那里可能有更多这样的古老恒星幸存者。

麻省理工学院物理学教授Anna Frebel说：“鉴于我们对星系形成的了解，这些最古老的恒星肯定会在那里。”。“它们是我们宇宙家谱的一部分。我们现在有了一种新的方法来寻找它们。”

当他们发现类似的SASS恒星时，研究人员希望将其用作超微弱矮星系的类似物，这些星系被认为是宇宙中最早幸存的星系之一。这些星系今天仍然完好无损，但距离太远，太微弱，天文学家无法深入研究。

由于SASS恒星可能曾经属于类似的原始矮星系，但现在在银河系中，而且距离银河系更近，它们可能是理解超微弱矮星系演化的一把钥匙。

Frebel说：“现在，我们可以在银河系中寻找更多更明亮的类似物，并研究它们的化学演化，而不必追逐这些极其微弱的恒星。”。

她和她的同事今天（5月14日）在《皇家天文学会月报》上发表了他们的发现。这项研究的合著者是约旦扎尔卡大学的穆罕默德·马尔迪尼；希拉里·安达莱斯23岁；以及现任麻省理工学院本科生Ananda Santos和Casey Fienberg。

恒星边界

该团队的发现源于课堂概念。在2022年秋季学期，Frebel开设了一门新课程8.S30（观测恒星考古），学生们在该课程中学习分析古代恒星的技术，然后将这些工具应用于以前从未研究过的恒星，以确定它们的起源。

Andales说：“虽然我们的大多数课程都是从头开始教授的，但这门课立即使我们处于天体物理学研究的前沿。”。

学生们利用弗雷贝尔多年来从拉斯坎帕纳斯天文台6.5米的麦哲伦-克莱望远镜收集的恒星数据进行研究。她把这些数据的硬拷贝放在办公室的一个大活页夹里，学生们仔细翻阅，寻找感兴趣的明星。

特别是，他们正在搜寻138亿年前大爆炸后不久形成的古老恒星。当时，宇宙主要由氢和氦以及锶和钡等极低丰度的其他化学元素组成。因此，学生们通过Frebel的活页夹寻找光谱或星光测量结果表明锶和钡丰度较低的恒星。

他们的搜索范围缩小到了麦哲伦望远镜在2013年至2014年间最初观测到的三颗恒星。天文学家从未对这些特定的恒星进行过追踪，以解释它们的光谱并推断它们的起源。当时，他们是弗雷贝尔班上学生的完美人选。

学生们学习了如何表征一颗恒星，以便为分析这三颗恒星的光谱做准备。他们能够用各种恒星模型来确定每一颗恒星的化学成分。恒星光谱中特定特征的强度，对应于特定波长的光，对应于特殊元素的特定丰度。

在完成分析后，学生们能够自信地得出结论，与他们的参考恒星——我们自己的太阳相比，这三颗恒星的锶、钡和铁等其他元素的丰度确实非常低。事实上，与今天的太阳相比，一颗恒星的铁和氦含量不到万分之一。

桑托斯回忆道：“盯着电脑看了好几个小时，进行了很多调试，疯狂地发短信和发电子邮件，才弄清楚这一点。”。“这是一个巨大的学习曲线，也是一次特殊的经历。”

“正在逃亡”

这些恒星的低化学丰度确实暗示了它们最初形成于120亿至130亿年前。事实上，它们的低化学特征与天文学家之前对一些古老的超微弱矮星系的测量结果相似。该团队的恒星起源于类似的星系吗？它们是如何来到银河系的？

根据直觉，科学家们检查了恒星的轨道模式以及它们是如何在天空中移动的。这三颗恒星位于银河系光环的不同位置，估计距离地球约30000光年。（作为参考，银河系的星盘跨度为100000光年。）

当他们利用盖亚天体测量卫星的观测结果追溯每颗恒星围绕银河系中心的运动时，研究小组注意到了一件奇怪的事情：相对于主盘中的大多数恒星（它们像赛车场上的汽车一样运动），这三颗恒星似乎都走错了方向。在天文学中，这被称为“逆行”，是一个物体曾经被“吸积”或从其他地方吸入的线索。

Frebel说：“唯一能让其他明星走错路的方法就是你把他们扔错了路。”。

这三颗恒星的轨道与星系盘甚至晕的其他部分完全不同，再加上它们的化学丰度较低，有力地证明了这些恒星确实是古老的，曾经属于更古老、更小的矮星系，这些星系以随机角度落入银河系，并在数十亿年后继续其顽固的轨道。

Frebel很好奇天文学家之前分析的光环中其他古老恒星的逆行是否是其特征，他查阅了科学文献，发现了其他65颗恒星，它们的锶和钡丰度也很低，似乎也与银河系的流动相反。

Frebel说：“有趣的是，它们的速度都很快——每秒数百公里，走错了方向。”。“他们在逃亡！我们不知道为什么会这样，但这是我们需要的拼图，而我在开始时并没有完全预料到。”

该团队渴望寻找其他古老的SASS恒星，现在他们有了一个相对简单的方法：首先，寻找化学丰度低的恒星，然后追踪它们的轨道模式，寻找逆行的迹象。他们预计，在银河系4000多亿颗恒星中，该方法将发现一小部分但数量可观的宇宙中最古老的恒星。

Frebel计划在今年秋天重新开设这门课，回顾第一门课程，以及三位将成绩公布的学生，带着钦佩和感激之情。

她说：“能和三名女大学生一起工作真是太棒了。这对我来说是第一次。”。“这真的是麻省理工学院方式的一个例子。我们做到了。无论谁说‘我想参与’，他们都可以做到，好事就会发生。”