在浩瀚宇宙的探索征程中,天文学家们又有了重大发现。芝加哥大学天文学家亚历山大·吉带领的研究团队,发现了一颗极其古老的恒星,它犹如一把钥匙,为我们打开了窥视宇宙早期篇章的大门。
这颗恒星属于宇宙中形成的仅第二代恒星,诞生于大爆炸后的几十亿年。研究团队成员还包括卡内基天体物理学家朱娜·科尔迈尔,她负责监督斯隆数字巡天(SDSS)第五代项目。亚历山大·吉曾是卡内基天文台的博士后研究员,此次发现对于了解宇宙的演化具有重要意义。
宇宙起源于大爆炸,那是一场极热且致密的粒子混合物的爆发。随着宇宙不断膨胀,温度逐渐降低,中性氢气得以形成。在数亿年的时间里,密度略高的区域在自身引力作用下坍缩,首批几乎完全由氢和氦组成的恒星就此诞生。这些早期恒星燃烧剧烈,寿命短暂。在它们死亡之前,通过核聚变产生了更重的元素,随后通过剧烈爆炸将这些物质散布到太空中。后来的恒星世代便由这种富集物质形成,宇宙中元素的种类也因此逐渐增加。
科学家们一直在寻找第二代和第三代恒星,因为它们保存着关于恒星形成在宇宙历史中如何演变的线索。由于最早时期的单个恒星无法直接观测,天文学家只能将目光投向距离地球更近的古老幸存者。宇宙中所有较重的元素,天文学家称之为“金属”,都是通过恒星过程产生的,从恒星内部的聚变反应到超新星爆炸,再到密度极高的恒星之间的碰撞。因此,当发现一颗金属含量极低的恒星时,就意味着可能遇到了非常特别的东西。
科尔迈尔解释道:“我们必须在宇宙后院中寻找这些天体,因为我们目前还无法观测到恒星形成初期的单个恒星。由于这些恒星十分罕见,像SDSSV这样的巡天项目旨在具备足够的统计能力,从恒星的‘草堆’中找到这些‘针’,并检验我们关于恒星形成与爆炸的理论。”斯隆数字巡天是有史以来最具影响力的天文项目之一,现阶段利用南北半球的望远镜,包括智利的杜邦望远镜和新墨西哥州的阿帕奇点天文台,在天空中收集数百万条光学和红外光谱。
此次发现过程中,亚历山大·吉的天体物理学实地课程班的学生们也发挥了重要作用。他们在智利卡内基科学研究所拉斯坎帕纳斯天文台参与了观测工作。第一天晚上,他们在杜邦望远镜旁观摩了SDSSV的数据收集工作;第二天晚上,便使用麦哲伦克莱望远镜进行了自己的观测。学生们还在望远镜前合影,用身体拼出“MIKE”,这是他们在望远镜上使用的麦哲伦稻盛和夫京瓷阶梯光栅光谱仪的缩写,借助该仪器他们取得了这一突破性发现。
发现这颗恒星后,亚历山大·吉调整了学期剩余时间的安排,让学生们能够专注于分析结果,让他们直接体验到灵活性如何推动科学进步。科尔迈尔表示:“当我还是本科生时,比起上课,我更偏爱做研究。我很高兴亚历克斯的课程被改造成了探索式课程,我希望确保像SDSSV和盖亚这样的调查项目有能力让这种模式成为常态而非例外。”
通过将这些观测结果与欧洲空间局盖亚任务的数据相结合,研究团队发现这颗恒星距离地球约8万光年,且可能形成于银河系之外,之后被吸入我们的星系。恒星是由引力束缚形成的球形发光等离子体天体,太阳就是典型例子。它通过内部氢核聚变将氢转化为氦,释放巨大能量维持发光发热,同时引力与核聚变产生的向外压力达成平衡,保持稳定形态。不同质量的恒星会有不同演化路径,最终可能成为白矮星、中子星或黑洞。而这颗古老恒星的发现,无疑为天文学家们进一步探索宇宙的奥秘提供了新的线索和方向。












