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亚搏 天体裁家刚发现迄今最原始的恒星
发布日期：2026-04-13 03:04 点击次数：98
天体裁家发现了有史以来最原始的恒星
第一代恒星酿成、存在并骤一火于很早的时期。但第二代恒星于今仍可能存在。咱们是否刚刚发现了一颗呢？
这幅插图展示了大麦哲伦云、星河系以及一颗演化后的低金属丰采红巨星SDSSJ07157334——它是天地中最原始恒星的新记载保握者。它的特征有助于咱们更好地领会天地中的恒星若何酿成并具备现时的属性。图片来源：NavidMarvi卡内基科学
咱们的天地演化得相配马上，在大爆炸后不到3亿年就出现了高度演化的星系和富含重元素的恒星群体。这意味着，为咱们在最早期不雅测到的景色奠定基础的第一代恒星，一定是马上酿成、演化并死亡的，从而快速催生了第二代恒星。表面上，这些第二代恒星中的一部分可能于今仍然存在。如今，天体裁家发现了有史以来最原始的单颗恒星，这对咱们了解天地的畴昔具有深刻意念念。
很久以前，在咱们对天地最深刻的不雅测规模之外，天地中酿成了第一批恒星。咱们于今尚未不雅测到它们并伪善足令东说念主随机；这些恒星险些实足由氢和氦构成，与咱们如今看到的恒星比拟，它们质料极大且寿命极短。可是，一朝这些第一批恒星死亡，它们的喷发物——取决于你的视角——要么丰富要么稠浊周围的星际介质，这意味着接下来酿成的恒星以及之后的所有这个词恒星世代，齐将与第一批恒星有内容上的不同。
不外，与第一代恒星不同，之后的所有这个词恒星世代齐应该有才略产生袖珍、红色的低质料恒星，这些恒星浮滥燃料的速率高出逐步——慢到即使是天地出身初期酿成的这类恒星，到今天也应该依然存在。天然，星系是浩大的所在，自那些早期时间以来酿成的恒星数目要多得多，这使得寻找这类古迹的任务比经典的大海捞针问题还要更具挑战性。
值得珍爱的是，通过不雅测星河系的卫星星系大麦哲伦云中的恒星，天体裁家发现了迄今为止已知最洁白的单颗恒星：它是委果的第二代恒星候选体。以下是这一发现背后的科学旨趣，以及它可能对咱们领会天地产生的意念念。
大麦哲伦云是上世纪最近的超新星的所在地。这里的粉色区域并非东说念主工制造，而是电离氢和活跃恒星酿成的信号，这很可能是由主要来自星河系影响的引力相互作用和潮汐力触发的。粉色区域具体产生于电子落来电离氢原子核时，从n3能级跃迁到n2能级，产生精准波长为656.3纳米的光子。图片来源：JesúsPeláezAguado
打好坚实的基础很艰难，而这个基础触及咱们如今所了解、不雅测和测量的恒星——包括星河系内以及周边星系中的恒星，规模远至咱们的千里镜简略分歧的极限。总体而言，咱们已知的恒星被分为两类，它们被形象地定名为I星族和II星族恒星（按发现端正定名）。
星族I恒星：这类恒星像太阳一样，里面含有多数重元素，有酿成行星的锐利后劲，包括围绕它们运转的岩质行星。它们惟一在几代恒星出身、死亡并丰富了用于酿成这些恒星的物资之后才略酿成。 星族II恒星：这类恒星的重元素丰采比太阳低得多，有时氧、碳、铁等元素的含量仅为太阳的千分之几。它们在仅经过前几代恒星一丝的物资富集后就能酿成，致使可能只需要一代更早的恒星。这类恒星周围很少有（致使可能从未有过）岩质行星。
表面上，还存在第三星族恒星，它们代表着原子基物资云初次酿成恒星的情况——东说念主们对此有所预期，但尚未发现这类恒星。
太阳的可见光谱不仅匡助咱们了解它的温度和电离现象，还能了解其中存在的元素丰采。那些长而粗的谱线来自氢和氦，但其他所有这个词谱线齐来自爱元素，这些重元素一定是在之前一代的恒星中酿成的，而非在热大爆炸中产生。 来源：N.A.Sharp，NOAONSOKittPeakFTSAURANSF
天然要发现一颗恒星是否有行星环绕需要付出巨大的悉力和不雅测干与，但测量恒星的重元素含量相对容易——天体裁家称之为金属丰采。对天体裁家来说，金属一词的含义与旧例用法大不交流。天然一些天文意念念上的金属如实是金属（比如锂、铁、镍和铜），但金属在这里指的是元素周期表中除氢和氦除外的任何元素。要是你把恒星中存在的所有这个词较重元素加起来，再与该恒星中氢和氦的总量进行比较，这即是天文意念念上金属丰采的界说。
可是，并非所有这个词恒星中的所有这个词元素齐是以交流状貌或交流数目酿成的。咱们知说念：
元素来自超新星、千新星、巨星和潮汐瓦解事件等多种不同来源；即使是超新星这么的单个事件，也连续产目生歧称的喷射物，使不同标的的区域富集着不同元素丰采比的物资；况兼恒星酿成时时常是成批进行的，这可能意味着任何单个区域很可能是由多颗履历过死活的恒星而非仅一颗恒星富集而成的。
每当咱们不雅察任何一颗恒星并接头它来自那儿？时，咱们齐必须把所有这个词这些记在心里。
（左侧）艺术家绘画的大质料恒星在硅焚烧末期（超新星爆发前）的里面表示图。（硅焚烧阶段是铁、镍和钴在中枢酿成的历程。）（右侧）钱德拉千里镜拍摄的仙后座A超新星古迹图像如今透显露铁（蓝色）、硫（绿色）和镁（红色）等元素。被抛射的恒星物资因热量可在红外波段发光数万年，超新星的抛射物可能是分歧称的，且里面元素可能发目生离，如图所示。在符合的环境下，这种分歧称物资可能会不均匀地融入改日几代恒星中。图片来源：NASACXCM.Weiss（左侧表示图）NASACXCGSFCU.Hwang&J.Laming（右侧图像）
咱们对隔邻酿成的恒星高出了解——研讨到咱们138亿年历史的天地已相配陈腐，以及咱们在星河系中（从天文角度而言）金属含量丰富的环境，这并伪善足令东说念主诧异。天然也有例外，从个别贫金属恒星到存在于金属含量极低区域的恒星群，但当咱们不雅察恒星酿成时，它们时常发生在当代、高度富集的环境中。
可是，当咱们试图了解第一代恒星时，咱们实足合计情况会大不交流。非论何时恒星酿成，它们：
由一团中性原子云酿成，它通过辐射冷却并裁汰，分裂成许多不同的团块，这些团块冷却并在自身引力作用下坍缩，其中枢升温，最终达到在其里面焚烧核聚变所需的条目。
这矜重触发了进修恒星的出身。可是，负气体云简略辐射冷却的关节在于重元素和分子进行辐射。在I族致使II族恒星中，这不成问题：这类元素和分子数目充足。但在早期，对于第一代恒星而言，仅靠氢和氦来终了这一丝会相配困难。
由ALMA不雅测详情的原恒星团G333.23–0.06的概述核透显露这些核内存在多数多重系统的有劲凭证。双中枢很常见，而由多个双中枢构成的四元系统也相配无边。里面还发现了三元和五元系统，而对于这些大质料团块来说，单星则相配苍凉。展望天地中所有这个词星云（包括鹰状星云）中酿成的恒星齐具有肖似的团块状、碎屑化特征。来源：S.Li等东说念主，《天然天体裁》，2024年
如今，根据不雅测终局，咱们不错得出论断：新酿成恒星的平均质料仅约为太阳质料的40%。此外，95%的重生恒星质料齐小于太阳（太阳质料为1个太阳质料单元），而惟一极小一部分——不到1%的恒星——出身时质料鼓胀大，会以中枢坍缩超新星的体式闭幕生命。不外，对于第一代恒星，即原始的第三星族恒星，模拟和模子透露，它们的平均质料为10个太阳质料，且大多数第三星族恒星仅存在了几百万年就以中枢坍缩超新星的状貌死亡。
换句话说，当第一代恒星酿成时，它们焚烧得亮堂且马上，很早就走向死亡，并快速丰富星际介质。在更演化的II族恒星与它们一同出现之前，能不雅测它们的窗口期高出短。况兼，由于它们在酿成的早期阶段费事冷却才略，应该莫得任何低质料的III族恒星留存于今；它们早已一说念骤一火。
那么，寻找这些原始恒星古迹的关节有两个方面：
寻找隔邻的恒星，对其进行光谱测量，以找到尽可能金属量最低的恒星；或者在远方的天地早期（那里无法分歧单个恒星），亚搏app官方网站测量星系中恒星连续的尘埃和光谱身分，以详情它们的金属量有多低。
这幅图展示了天地历史起原约15亿年间的星系，它们按红移进行颜料编码，并以其金属丰采（x轴）算作里面尘埃与恒星质料比（y轴）的函数绘画。大多数低金属丰采星系同期亦然贫尘星系，被称为GELDAs，主导着极早期天地；此后期更富尘的星系则富含更多重元素。来源：2504.13118v2
上头的图表展示了咱们在詹姆斯韦伯千里镜时间通过不雅测远方星系所赢得的常识：这些星系来自天地历史的起原15亿年。纵轴代表尘埃含量（尘埃的产生需要以恒星的存在为前提），横轴则代表金属丰采本人。算作参考，太阳的金属丰采时常被称为太阳金属丰采，其他恒星的金属丰采常与此进行比较。太阳在该活动上的全体金属丰采为8.6（以太阳的氧丰采为参考），其金属丰采比图表中透露的金属最零落的陈腐星系逾越近三个数目级，最左侧的星系重元素含量约为太阳的0.15%。
这告诉咱们一个艰难信息：咱们距离在早期天地中找到委果原始、不含金属的源还有多远。咱们不错通过单一元素（如氧、碳或铁）来估算金属丰采，但这可能会产生偏差。毕竟，咱们还是筹商过，前代恒星的不同演化历史，致使是针对合并颗恒星的不同不雅测标的，齐可能导致元素比例的互异。这即是为什么咱们需要对算作参考点的太阳进行多种元素信号的测量，然后将多种信号与任何咱们想要了解其金属丰采（过头他身分关连特色）的恒星进行比较。
太阳系中元素的相对丰采已被全面测量，其中氢和氦是丰采最高的元素，其次是氧、碳以及盛大其他元素。可是，像类地行星这么密度最大的天体，其身分则偏向于这些元素中一个互异极大的子集。总体而言，按原子数目策划，天地中约90%的原子（但按质料策划仅约7072%）仍然是氢，即使经过了数十亿年的恒星酿成历程。
上头，你不错看到太阳系的重元素丰采
氧气（0.77%）、碳（0.4%）、铁（0.14%）、氖（0.12%）、氮（0.09%）以及硅（0.07%）
太阳中约1.5%的重元素来自于92亿年的天地历史——包括恒星酿成、恒星死亡、恒星灾变以及星际介质的握续富集——这些历程导致咱们的太阳和太阳系出身时就具备了起原的身分。
是以咱们必须留神，当咱们把与太阳互异很大的恒星和太阳本人进行比较时，不要只看单一元素就说哦，这是咱们发现过的最原始的恒星。不成；咱们需要看多种元素，举例，有好多恒星铁丰采低但碳丰采高，咱们不想被它们愚弄。
此前，星河系晕轮中一颗名为J10291729的恒星被发现并分析，其重元素总量仅为太阳的0.01%。而近期，从大麦哲伦云发现了一颗新恒星SDSSJ07157334，并对其进行了高分歧率后续连络，最近发表在《天然天体裁》上的一篇新论文说明它是迄今为止发现的最原始的恒星。
这张图展示了许多不同低金属量恒星的铁丰采（x轴）和碳丰采（y轴）。天然图左侧透露了许多缺铁恒星，但它们险些齐具有相配高的碳丰采，这标明它们全体上并非尽头贫金属，只是在某一特定元素上如斯。比拟之下，J10291729和J07157334这两颗恒星的铁和碳齐严重费事，是当今已知的最贫金属的两颗恒星。 来源：A.P.Ji等东说念主，《天然天体裁》，2026年
基于轨说念数据，连络这颗恒星的科学家们简略得出论断，它发祥于大麦哲伦云的晕轮，在那里，星系晕轮中的恒星（而非朝向中央核球或在盘状结构中）时常是所有这个词恒星中金属含量最低的。
这颗恒星的真谛之处在于，它并非你可能预期的低质料矮星，而是一颗演化的红巨星：它与咱们的太阳别离不大，只是质料略低且演化进度更高（因为它可能更陈腐），因此比平庸类太阳恒星更亮、温度更低，也更容易不雅测和获取其详备特色，比红矮星则容易得多。
基于麦哲伦千里镜配备的麦哲伦稲森京瓷路线光栅光谱仪（MIKE）获取的数据，连络团队得以赢得该恒星的光谱，透显露与铝、氢、铁、镁关连的显然继承线特征，致使还有钙与氢取悦酿成的分子。未检测到碳，但对碳含量设定了上限，且该上限不休得高出严格。总体而言，不雅测终局告诉咱们，这颗名为J07157334的恒星是当今已知的最原始、金属丰采最低的恒星，其重元素含量仅为太阳的0.005%。
这幅图展示了MIKE仪器对恒星SDSSJ07157334的光谱，同期还包含另一颗贫金属恒星CD38245算作参考。珍爱J07157334的继承特征浅但显耀，这标明它具有极贫金属的性质；此外c图中未检测到碳，这对该恒星的全体碳丰采施加了严格限度。来源：A.P.Ji等东说念主，《天然天体裁》。
不雅察这么的恒星不单是让咱们向发现委果原始的恒星又迈进了一小步，尽管它如实作念到了这一丝。此外，它有助于咱们处置一个关节问题——这个问题影响着所有这个词对领会天地中恒星若何演化感兴味的东说念主：化学丰采究竟是若何将起原的（第三星族）大质料、早死命恒星群，漂流为一个以酿成小质料、长命命恒星为主的群体的？
换句话说，富含重元素的气体群与险些只含有氢和氦的原始气体群，在恒星酿成状貌上有何根蒂不同？
主流不雅点合计，重元素的某些特色使其冷却效果比仅由氢和氦构成的原始物资群更高。对于第一代恒星，冷却被合计主要通过氢气（H₂）和氢化氦（HeH⁺）辐射散热来终了——这是一个效果高出低的历程，但却能解释这些第一代恒星被估计的大质料。对于元素略有富集的物资群，主要有两种不雅点：通过碳和氧谱线的精细结构冷却，或通过尘埃的热冷却。J07157334的发现存效摈斥了精细结构冷却的可能性（因为碳和氧含量太少，无法使其见效），并告诉咱们尘埃冷却可能是这里的关节因素。
这张图展示了恒星J07157334在畴昔40亿年里在银说念坐标系中的过往轨说念，其中在底层面板中，大麦哲伦云（LMC）和该恒星相对于星河系被展示出来，同期也相对于盖亚卫星当今不雅测到的所有这个词星河系恒星。通过畅通学重建，这颗恒星似乎来愉快麦哲伦云的外晕，而非星河系本人。来源：A.P.Ji等东说念主，《天然天体裁》
真谛的是，尘埃冷却需要重元素丰采至少达到太阳丰采的0.001%才略鼓胀有用；要是咱们发现一颗总金属丰采更低的II星族恒星，那么运用传统物理学将无法解释它的存在。对于这颗恒星的另一个真谛之处——尽管这是一个果敢且有风险的推断——是通过恒星核合成模子，咱们不错策划出什么样的原始恒星的超新星能解释这颗恒星的重元素丰采，谜底是一颗约30倍太阳质料且爆炸能量很高的III星族恒星。
正如作家所指出的，发现如斯贫金属的恒星标明，咱们距离运用JWST探伤远方天地以委果找到一批原始恒星（即第一代恒星）还有多远。他们明确表示：
詹姆斯韦伯天际千里镜的辐射激勉了一系列极贫金属高红移星系的发现……这些无疑是令东说念主应承的天体，但金属丰采限度距聚散理声称探伤到第三星族恒星仍有一个数目级的差距……需要至少10倍更好的信噪比，才略证明这些高红移星系不是由J0715−7334这类恒星构成的第二星族星系。第三星族恒星的搜索仍在赓续。
下次当你看到肖似天体裁家合计他们发现了第一批恒星的说法时，请记着这一丝。当今的仪器才略还够不上要求，而这颗新发现的、迄今为止最原始的恒星，向咱们展示了在最终找到第一批恒星的说念路上，咱们还有多长的路要走。
科学与技艺天体物理学天体裁天际探索恒星演化
关连常识
恒星是由引力团聚而成的球形发光等离子体天体，中枢通过氢核聚变反馈开释巨大能量，握续发光发烧，太阳即是咱们最老到的恒星。它们是天地的基本构成单元，数目极其高大，在演化历程中会呈现不一样式，如红巨星、白矮星等，是星系中光和热的主要来源。
BY: Ethan Siegel
FY: AI亚搏
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