窥探宇宙最古远的星河

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最初的标题:窥探宇宙中最古老的银河系

空.卫星上的郭守敬望远镜陈颖照片

138亿年来宇宙化学成分演变示意图。个人资料图片

在浩瀚的银河系中，有类金属含量极低的恒星——贫金属恒星，它们就像宇宙的化石，携带着早期的宇宙信息；对它们的研究被称为恒星考古学。

几天前，中国科学家利用郭守敬望远镜的天空测量数据，选出了1万多颗金属含量小于太阳1%的贫金属恒星候选星，形成了世界上最大的贫金属恒星亮源表。这一发现有利于我国现有地面观测设备的高分辨率后续观测，也为国内外天文学界提供了前所未有的贫金属恒星大样本。

正如考古学家通过地质遗迹探索早期地球文明一样，恒星考古学通过古代恒星探索早期宇宙。

长期以来，世界各地的恒星考古学家一直在努力寻找银河系及其邻近星系中最古老的恒星，以便回到过去，窥探最早的银河系，并试图重现大爆炸后早期宇宙中恒星和星系是如何形成和演化的。

那么，明星考古学家想要的古代明星是什么样的明星呢？金属含量极低的恒星是贫金属恒星。

最近，中国科学院国家天文台赵刚团队利用中国自主设计建造的郭守敬望远镜的测量数据，筛选出金属含量小于太阳1%的贫金属星候选1万多颗，形成了目前世界上最大的贫金属星亮源表。相关论文发表在国际杂志《天体物理学》(增刊)上。

金属含量越低，宇宙的进化阶段就越早

“天文学上，我们称所有比氦重的元素为金属，包括碳、氮、氧和其他明显的‘非金属’。”中国科学院国家天文台赵刚团队成员李海宁说:“这些金属元素不仅在天文学中非常重要，而且是生命起源的必要条件。”

在宇宙形成之初，大爆炸产生了大量的氢、氦和极少量的锂。在这种情况下，宇宙中第一代恒星诞生了。

李海宁说:“因为当时只有三种化学元素，氢、氦和锂，第一代恒星诞生时可以说是‘零金属’。”此后，在不断成长的过程中，恒星本身也合成了一些新的金属元素。”

大多数第一代恒星又大又亮，在它们短暂的生命结束时，它们产生的各种金属元素通过超新星爆炸向四面八方喷射。这些金属元素被埋藏在星际尘埃中，产生了第二代恒星。

第二代恒星通常“继承”第一代恒星，产生更多的金属元素，然后“继承”给下一代。随着宇宙变老，金属雪球越来越大。今天新生恒星的金属含量比130亿年前的祖先高200万倍。因此，恒星的金属含量越低，宇宙的演化就越早。

“受观测能力的限制，现在能够‘到达’的古代恒星都是第二代恒星。”李海宁说道。

对贫金属恒星的研究有助于解决围绕早期宇宙、元素起源、第一代恒星和银河系演化的一系列科学问题，如金属元素是如何在宇宙中产生和积累的，什么是第一代恒星和超新星，以及银河系的形成和演化历史。

贫金属恒星极其罕见，很难获得可以详细研究的样本

寻找贫金属恒星的历史可以追溯到20世纪80年代，当时主要使用大规模天空测量(光度测量或低分辨率光谱观测)。但是因为这样的天体非常罕见，搜索过程基本上相当于大海捞针。然而，迄今为止已经取得了一系列重要成就。其中包括发现金属含量极低的第二代恒星和金属含量低于太阳10万倍的贫金属恒星；通过贫金属恒星的大样本，我们发现银河系有两个光晕成分；揭示双中子星合并证据的贫金属星等是在附近的矮星系中发现的。

“当恒星内部的热星光穿过外层较冷的大气层时，它将形成一个吸收光谱，在特定波长下产生吸收特性，每一条吸收谱线都隐藏着某一元素的独特信息。”李海宁说:“通过测量这些吸收线，我们可以破解保存在贫金属恒星大气中的古老气体成分。”

困难在于贫金属恒星的金属谱线很弱，这就要求高光谱分析技术，这使得用目前的观测方法无法获得太弱的贫金属恒星的高分辨率光谱和分析结果。因此，适合详细研究的贫金属恒星样本非常有限。

尽管困难重重，但贫金属恒星的重要性使其成为近20年来许多大规模天空调查项目的主要科学目标之一。目前，许多国家都有正在进行和计划进行的恒星考古项目。赵刚说:“在郭守敬望远镜观测的契机下，中国在这一领域逐渐活跃起来，为今后参与相关的恒星考古项目打下了良好的基础。”

海量恒星光谱的获取对宇宙演化的研究具有重要意义

2009年，中国建成了世界上光谱获取率最高的郭守敬望远镜，每次可获取4000个天体光谱。

李海宁认为，郭守敬望远镜的优势之一是可以获得前所未有的海量恒星光谱，相当于为寻找贫金属恒星提供了一个无比广阔的恒星海洋。"这大大提高了发现更多这种稀有天体的可能性.""

“这种贫金属恒星亮源表的优点是既大又亮，非常适合现有地面观测设备进行高分辨率的后续观测。”李海宁进一步解释说，“大样本可以显著扩大现有贫金属恒星样本的数量，减少统计研究的误差；更多的亮源有利于获得这些贫金属恒星的运动学参数，从而对银河系晕的形成历史进行化学运动学多维空研究。”

由于仪器的分布，现有的贫金属恒星高分辨率观测样本具有明显的集中在南半球的选择性效应。郭守敬望远镜中贫金属恒星的出现有望解决南北半球样品分布不均衡的问题。

后续的高分辨率光谱观测和研究正在进行，并取得了一系列重要发现。研究人员首次系统地搜索和研究了锂丰度异常高的贫金属恒星，构建了目前最大的此类样本，并首次在银河系场星中发现了锂丰度极高的亚恒星；第五颗超贫金属星(金属含量不到太阳的万分之一)被发现，它异常富含各种元素，如碳、氮、氧、钠和镁。结合超新星理论模型的研究和分析，为这类天体的前驱恒星性质提供了一个重要的观测极限。

郭守敬望远镜贫金属星项目是目前世界上同类项目中最有效的搜索项目。该项目的实施为国内外天文学界提供了前所未有的大量贫金属恒星样品。“基于这些样本与盖亚卫星观测相结合形成的多维大样本数据，我们将迎来一个恒星考古的新时代。”赵刚说。

来源：搜狐微门户