【天文学家在已知最古老恒星的大气中发现大量氧气】


照片来源:加布里埃尔佩雷斯,SMM (IAC)

一个由加州大学圣地亚哥分校、阿纳尼亚斯占星术研究所和剑桥大学的天文学家组成的国际小组在已知最古老和最基本的恒星之一科学家们称之为J0815 4729的“原始恒星”的大气中探测到了大量的氧气。

这一新发现是通过利用夏威夷茂纳基亚的唐珂天文台分析这颗古老恒星的化学成分而获得的。它提供了宇宙中第一代恒星如何产生氧气和其他重要元素的重要线索。

研究结果于2020年1月21日《天体物理学杂志通讯》发布。

"这个结果非常令人兴奋。它通过在我们的后院使用星星来告诉我们宇宙的早期。”“我期待看到更多像这样的测量结果,这样我们就能更好地了解年轻宇宙中氧气和其他元素的最早起源,”凯克天文台首席科学家约翰欧默拉说。

氧是宇宙中第三丰富的元素,仅次于氢和氦。它是地球上所有生命形式的基本元素,呼吸的化学基础和碳水化合物的成分。它也是地壳的主要元素。然而,氧在早期宇宙中并不存在。它是由发生在最大恒星内部深处的核聚变反应产生的,这些恒星的质量大约是太阳的10倍或更多。

为了追踪氧和其他元素的早期生成,我们需要研究现存最古老的恒星。J0815 4729就是这样一颗星。它距离猫星座5000光年。“像J0815 4729这样的恒星被称为光晕星,”加州大学圣地亚哥分校的天体物理学家亚当博加斯解释说,他是这项研究的合着者。“这是因为它们通常在银河系周围呈球形分布,而不是我们所熟悉的年轻恒星的扁平圆盘,包括太阳。”

像J0815 4729这样的光环恒星是真正的古老恒星,这让天文学家可以一窥宇宙中元素形成的早期过程。

研究小组在凯克天文台使用10米凯克1望远镜高分辨率阶梯光谱仪观测到了J0815 4729。这些数据需要在一个晚上对恒星进行五个多小时的观察,才能测量出恒星大气中16种化学物质的丰度,包括氧气。

“这颗恒星的原始成分表明,它是在第一次大爆炸后数亿年形成的,可能是由银河系第一颗超新星释放的物质造成的。”雷蒙卡哈尔的博士后研究员兼该研究的主要作者乔纳冈萨雷斯埃尔南德斯说。

凯克天文台关于这颗恒星的数据显示了一种非常不寻常的化学成分。尽管它含有相对大量的碳、氮和氧,但在太阳中测得的元素丰度约为其他元素的10%、8%和,如钙和铁,其丰度约为太阳的百万分之一。

“在我们银河系的光晕中,已知的这种恒星并不多,但没有一颗像铁一样具有如此高的碳、氮和氧含量。”剑桥大学博士后研究员、该研究的合着者大卫阿瓜多说。

寻找这样的恒星需要特殊的项目,这些项目会筛选成千上万颗恒星的光谱以找到一些稀有的来源,例如J0815 4729,然后进行后续的观察以测量它们的化学成分。这颗恒星最初是由斯隆数字天空调查(SDSS)的数据确定的,然后在2017年,国际宇航科学院团队使用西班牙拉帕尔马的大加那利望远镜对其进行了表征。

" 30年前,我们开始在国际宇航科学院研究银河系中最古老的恒星中氧的存在。这些结果表明,这种元素在第一颗超新星中大量产生。然而,我们无法想象我们会发现像这颗恒星一样壮观的情况。

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