天文學家發現宇宙“化石”恒星：鐵含量僅為太陽四萬分之一

IT之家 3 月 19 日消息，科學家們化身“宇宙考古學家”，發現了一顆罕見的貧鐵第二代恒星 —— 其本質上是記錄宇宙化學演化的化石。就像在地球上發掘文物能讓我們了解逝去的人類文明一樣，這一觀測為第一代恒星如何通過死亡為后代恒星富集化學元素提供了確鑿證據。

據IT之家了解，這顆屬于第二星族（星族 Ⅱ）的恒星，發現于繪座 Ⅱ 矮星系，該星系位于繪架座，距離地球約 15 萬光年。研究借助安裝在維克托 ·M· 布蘭科 4 米望遠鏡上的暗能量相機（DECam）完成。這顆恒星被命名為 PicII?503，其鐵含量僅為太陽的 1/40000；而太陽屬于第三代恒星，也被稱作星族 Ⅰ（命名上易產生混淆）。PicII?503 是銀河系外已知鐵豐度最低的恒星之一，也是人類發現的最原始恒星之一。

然而，鐵含量極低并非 PicII?503 最特別之處。研究團隊還發現，這顆星族 Ⅱ 恒星碳含量極高，其碳鐵比超過太陽同比例的 1500 倍。這種碳元素超豐的特征，與在銀河系彌散外暈中發現的貧鐵恒星所具有的獨特碳信號高度一致。

美國國家科學基金會 NOIRLab 項目主任克里斯 · 戴維斯在一份聲明中表示：“這類發現就是宇宙考古學 —— 發掘稀有的恒星化石，它們保留著宇宙第一代恒星留下的印記。”

宇宙中的第一代恒星，即星族 Ⅲ，誕生時宇宙中只有氫、氦，以及極少量更重的元素 —— 天文學家統稱這些重元素為“金屬”。這意味著星族 Ⅲ 恒星主要由氫構成，僅含少量氦和極微量金屬。它們在核心鍛造出宇宙中最早的碳和鐵，并在生命末期以超新星爆發的形式，將這些物質拋灑到星際介質中。

富含這些金屬的星際氣體塵埃云最終冷卻、坍縮，孕育出第二代恒星。得益于前代恒星貢獻的重元素，第二代恒星的金屬含量更高。這讓星族 Ⅱ 恒星如同時間膠囊，記錄了宇宙化學增豐的關鍵階段。

斯坦福大學團隊負責人阿尼魯德 · 奇蒂在聲明中說：“考慮到這類天體極其稀有，能找到一顆明確保留第一代恒星重元素的恒星，幾乎超出了我們此前的認知極限。PicII?503 擁有超暗矮星系中已知最低的鐵豐度，為我們打開了一扇前所未有的窗口，窺探原始系統中最初的元素形成過程。”

PicII?503 是首顆在暗弱矮星系中確認的星族 Ⅱ 恒星，在 DECam 的 MAGIC 巡天（利用 CaHK 波段測繪古老星系）數據中，它被標記為一顆極端貧金屬星。這項為期 54 晚的觀測項目，初衷就是尋找銀河系及其伴生矮星系中最古老、化學組成最原始的恒星。

奇蒂表示：“如果沒有 MAGIC 的數據，我們根本不可能在繪座 Ⅱ 超暗矮星系周邊成百上千顆恒星中，把這顆恒星單獨找出來。”

奇蒂及其團隊將 MAGIC 數據，與智利北部阿塔卡馬沙漠的甚大望遠鏡（VLT）以及麥哲倫 · 巴德望遠鏡的觀測結果結合，確認了 PicII?503 的鐵和鈣豐度極低，是銀河系外觀測到的最低值。這也揭示出，PicII?503 是首份在矮星系中發現的化學增豐記錄。

對于 PicII?503 驚人的低鐵碳比，一種合理的解釋是：星族 Ⅲ 恒星發生超新星爆發時能量相對較低。這意味著，碳這類較輕元素會被拋入星際介質，而鐵這類重元素則回落進超新星殘骸中。

PicII?503 所在的矮星系是已知最小的矮星系之一，引力也相應較弱，這一事實支持了“星族 Ⅲ 恒星以低能超新星形式死亡”的觀點。

奇蒂說：“最讓我激動的是，我們觀測到了原始星系中最初元素合成的結果，這是一項基礎性觀測！它還與我們在銀河系暈中金屬豐度最低的恒星上看到的特征清晰對應，把它們的起源與這些第一代恒星增豐的天體本質聯系在了一起。”

該團隊的研究成果已于本周一（3 月 16 日）發表在《自然 · 天文學》期刊上。