对于第一批恒星你知道多少
当我们思考整个宇宙的形成的时候,最大的问题是关于第一批恒星的诞生。据说恒星是大爆炸一亿年后开始出现的,而我们已经看到了一些真正的古老的恒星;但是从原始的宇宙中创造这些恒星的过程仍然是一个大谜团。
这种云看起来与形成较晚的气体云相似,云中充满了伪造成恒星的元素,并随着这些恒星的死亡产生一系列的爆炸。这表明气体云周围存在着130亿年前已经死亡的恒星。
不仅仅是这一代恒星,基于古老的气体云中大量的化学物质,至少有两代恒星的形成与灭亡才能产生我们看到的化学成分。
这对我们的恒星形成模型来说是一个棘手的问题,并且这完全是偶然发现的。
马克斯·普朗克天 研究所的天 学家爱德华多·巴纳多斯及其同事正在研究遥远的具有非常明亮活动核的类星体。当这个研究团队注意到离我们有130亿光年的P183+05类星体发出的光有些奇怪时,他们决定进一步观察。
不久后,他明白光中奇怪的信号来自类星体附近的气体云和尘埃云。经过它们,一部分类星体的光被过滤掉了,衰减了一些波长。
因为光的不同波长被不同的元素阻挡,所以这也提供了关于云的组成的一些线索。
“我们确信我们正在观察的原始气体是大爆炸之后8.5亿年产生的”卡内基科学研究所的天 学家迈克尔·劳赫说,“因此我们开始思考这种系统能否仍然保留第一代恒星产生的化学成分。”
很早期的宇宙几乎是一成不变的。大爆炸之后,大部分的宇宙中充满了氢气和氦气。直到第一批恒星的出现,更多的元素才开始出现。
恒星将它们的核心中的氢熔化成氦,然后将氦熔化成碳,等等。更大质量的恒星能够将核心中的氢一直熔化成铁。当这些恒星到达他们生命的尽头爆炸变成超新星时,这些爆炸的极端条件又会产生更重的元素。
这些元素被新一代的恒星吸收,恒星中的金属越多,说明该恒星形成的时间越晚。这些特征同样也能用于分辨恒星中间的星际介质的年龄。
这让我们想到了超古老的气体云。宇宙学中发现第一代化学指纹的恒星,即第三星族星。研究团队认为超古老的气体云可能有它们。
所以他们根据从类星体的光中分出的光谱分析了云的金属性和相对化学性质。
正如预期一样,云的金属性较低,跟他的年龄一样。但是没有证据说云中丰富的相对化学物质是由这些Population III 的恒星造成的。并且la型的超新星的形成一般需要十亿年左右,因此前后矛盾。
这对早期的恒星生命周期产生了奇怪的约束,这将成为一个需要解决的有趣的难题。但是还有其他的证据表明早期的宇宙是一个成熟的地方。比如其中有我们认为不可能如此快速形成的一堆超大质量黑洞。
如果这一发现被证实,可能是时候对宇宙模型重新设计了。
与此同时,这个研究团队还在继续搜寻线索。
“令人兴奋的是我们能够在如此早期的历史宇宙测量金属性和化学特征。但是如果我们想确认第一批恒星的特性我们需要探测更早期的宇宙历史。”巴纳多斯说
“对于我们将发现甚至更遥远的气体云我很乐观,因为这些气体云可能会帮助我们了解第一批恒星是如何诞生的。”
这项研究将发表在《天体物理学杂志》上。
相关知识
银河系螺旋结构显示了巴德和阿波斯对于的一般的星族种类的概念。旋臂中的蓝色区域由年轻的第一星族星(Population I stars)构成,而中央凸起的黄色恒星则是较古老的的第二星族星(Population I I stars)。实际上,经观察,许多的第一星族星是和第二星族星里较年轻的星族混合在一起的。
1944年,沃尔特·巴德将银河系中的恒星划分为恒星星族。他发觉更蓝的恒星与旋臂有着强烈的联系,而在中央凸起星系附近和球状星团中,黄色恒星占主导地位。根据这两个主要的特征将它们划分为第一星族星和第二星族星,1978年又增加了另一个新的星族星,称为第三星族星,通常简称为星族I星, 星族II星 ,星族III星。
我们可以观测到在不同的星族种类中它们的恒星光谱存在显著差异,这些差异在后来被证明是非常重要的,可能与恒星形成、观测运动学、恒星年龄,甚至与在旋涡星系或椭圆星系中的星系演化有关。这三个简单的星族种类根据其化学成分或金属丰度有效地划分了恒星。
由定义可知,每一个星族都表现出金属含量下降、恒星年龄增加的趋势。因此,宇宙中的第一颗恒星(金属含量很低)被认为是星族III星,古老的恒星(金属含量低)被认为是星族II星,年轻的恒星(高金属丰度)为星族I星。
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