在天文学中,金属丰度比太阳低的恒星被称为贫金属星,往往诞生时间比较早;富金属星则与太阳金属丰度差不多甚至更高,也比较年轻。

年龄越大的贫金属星代表着越早的宇宙演化阶段。因此,找到贫金属星是研究恒星演化史的关键。

据悉,一个国际天文学家小组在距地球250万光年的仙女座星系外围发现了一个迄今金属丰度最低的球状星团RBC EXT8。

这一发现刷新了大型球状星团的理论金属丰度下限,挑战了现有的球状星团形成理论。相关研究成果于10月15日发表在《科学》杂志上。

创纪录的球状星团金属丰度有多贫

天文学中的金属与通常所说的金属概念并不相同。天文学上把一切比氦重的化学元素都称为金属,一颗恒星表层大气里金属元素的总和就是金属丰度,即金属含量。

RBC EXT8是一个大质量球状星团,其半径达9光年,质量是太阳的100万倍,金属丰度却只有太阳的1/800。

对此,中山大学物理与天文学院副教授汤柏添在接受科技日报记者采访时说:“这一发现刷新了球状星团的金属丰度下限,此前金属丰度最低的是银河系球状星团ESO280-SC06,金属丰度为太阳的1/250。”

中国科学院国家天文台副研究员李海宁此前对科技日报记者表示,并不是所有的金属元素含量都能测定,天文学家常用在可见光范围最易测量的铁元素丰度来表示一颗恒星的金属丰度。

“铁元素的丰度一般通过铁元素在可见光范围内的跃迁吸收线来测量。”汤柏添以本次研究为例说,研究人员借助位于美国夏威夷的凯克望远镜的高分辨率光谱仪对RBC EXT8进行了高分辨率光谱观测,通过测量铁元素的跃迁吸收线的大小,确定了RBC EXT8的金属成分信息。

RBC EXT8金属丰度的测量难度不小,“由于RBC EXT8距离地球太过遥远,所以并不能分辨单颗恒星的金属丰度,而是进行了整个星团的积分光谱观测。研究人员假设星团里所有的恒星都是在一次星爆中同时诞生,具有相同的金属丰度。1/800的太阳金属丰度即星团里所有恒星平均的金属含量。”汤柏添介绍。

从球状星团的金属丰度透视早期宇宙

测量球状星团的金属丰度可以评估早期宇宙中星系的化学元素积累情况。

李海宁描述道,宇宙诞生之初,大爆炸产生了大量的氢、氦和极其微量的锂,在这样的环境下诞生了第一代恒星。

第一代恒星合成并制造了一些比锂更重的金属元素,并且在其短暂一生结束的同时,通过超新星爆发将其制造的各种金属元素喷射到四面八方,埋藏在孕育第二代恒星的星际尘埃中。就这样代代相传,每一代新生恒星中的金属含量都会比它的上一辈高一些,今天恒星“新生儿”的金属含量要比130亿年前的“老祖先”高出200万倍。

应重新审视大质量球状星团形成理论框架

汤柏添表示,我们附近的星系(包括银河系)都会有一些贫金属球状星团,但RBC EXT8是现有最贫金属丰度的纪录保持者,其超低的铁元素挑战了现有的星团形成理论。直到目前人们还认为,大型球状星团不可能在金属丰度如此低的条件下形成。

“一般认为大质量球状星团的形成所需要的金属丰度下限为太阳金属丰度的1/250。也就是说,大质量球状星团的形成并不会在极贫金属丰度时发生。但本次观测证据表明,这个球状星团在星系形成早期,即金属丰度仅为太阳丰度1/800的情况下就已经形成。”汤柏添表示,这说明科学家应该重新审视大质量球状星团形成理论的框架。(唐 芳)