宇宙最早时期的窗口
天文学家发现了一颗异常罕见的第二代星，它形成于宇宙最早恒星代之后——其化学成分直接证明了那些古老的星如何用重元素丰富了宇宙，使所有后续的化学反应成为可能。研究人员将这一发现描述为处于我们认为可能的边缘，既反映了其罕见性，也反映了识别它所需的检测精度。
这颗星的铁含量极其缺乏——这是一个化学指纹，表明它形成于宇宙最早的时期，当时像铁这样的重元素才刚刚开始积累。铁缺乏是关键诊断特征：铁主要在恒星内部锻造，并通过超新星爆炸散布。在许多这样的爆炸发生之前形成的星含有很少的铁。从单个第一代前身处理的物质形成的星几乎罕见至极。
最早的星和它们留下的遗产
宇宙最早的星，被称为Population III星，据认为是在大爆炸后大约1亿到4亿年从氢和氦云形成的——那时存在的唯一元素。这些星可能很大，迅速燃烧其燃料，以壮观的超新星结束，将新合成的元素散布到周围的气体中。
这些散布的物质混入后续的气体云中，产生了Population II星——第二代——这些星包含了其前身产生的金属。在天文学中，金属一词指的是任何比氦更重的元素，即使是这些更重元素的微量也会从根本上改变恒星形成的物理学，使气体能够更有效地冷却并形成不同种类的星群。
找到从单个Population III超新星丰富的气体形成的星，允许天文学家读出那个特定前身的核合成模式。这是对宇宙最早星的样子最接近的直接测量。
它是如何被发现的
这一发现是由一个被称为宇宙考古学家的研究团队做出的——天文学家研究非常古老星的化学成分以重建早期宇宙的历史。这种技术被称为恒星考古测量法或近场宇宙学，使用高分辨率分光学来测量恒星大气中数十种元素的丰度。
寻找缺铁星需要进行广泛的天空观测，然后使用大型望远镜进行后续分光观察。大多数古星都有来自星代历史累积的至少一些铁富集，使得真正缺铁的星成为大海捞针的发现。新的发现需要搜索数百万恒星光谱的数据库，以识别具有正确化学特征的候选，然后用高分辨率分光观察进行确认。
化学性质揭示了什么
在新发现的星中测得的化学丰度讲述了其Population III前身的故事。碳、氮、氧、镁和其他轻元素相对于铁的模式编码了关于第一代星的质量、其超新星爆炸的能量，以及爆炸产物与周围气体混合的信息，这发生在第二代星形成之前。
Population III超新星的天体物理模型预测了特定的丰度模式，取决于前身的质量和爆炸能量。通过将观测到的丰度与这些理论预测进行比较，研究人员可以缩小可能的特定第一代星的属性范围，该星的死亡播种了这个特定的第二代幸存者。
这些发现为被认为由单个Population III超新星事件形成的星的小但不断增长的目录添加了新的数据点。每一个新发现都允许对第一代星的质量分布和爆炸能量学进行更紧密的统计约束——这些属性在理论上仍然不确定，在观察上也稀缺。
对宇宙学的意义
理解Population III星的意义不仅仅是历史好奇心。最早星的属性塑造了宇宙在其早期时代如何演变——它被再电离的速度有多快，金属如何通过最早的星系分布，以及后来的星和行星代是如何形成的。这些问题连接了大爆炸的物理学与最终使岩石行星和生命化学成为可能的条件。
下一代天文台，包括詹姆斯·韦伯太空望远镜的正在进行的项目和未来的超大型望远镜，预计将推动这一领域的发展——既通过在银河晕中发现更多古老的缺金属星，也通过在迄今为止观察到的最遥远的星系中潜在地检测Population III星的签名。
本文基于Space.com的报道。阅读原文。
Originally published on space.com