尋找宇宙初生恆星困難重重,但總算找到線索

作者 | 發布日期 2022 年 10 月 09 日 0:00 | 分類 天文 line share follow us in feedly line share
尋找宇宙初生恆星困難重重,但總算找到線索


初生恆星預估約宇宙 1 億歲時誕生,還不到現在宇宙年 1%。第一代恆星天文物理學也稱為恆星族 III(按:依金屬豐度比例分類,恆星族 I 如太陽;恆星族 II 常見於球狀星團老恆星,金屬含量豐度較少;恆星族 III 則除氫和氦外,其他金屬豐度更低)。天文物理理論認為,第一代恆星形成時的大質量,導致恆星生命週期走到超新星爆炸時,炸出來的元素會散布星際空間。然幾十年天文學家孜孜不倦搜索,還是沒找到初生恆星存在的直接證據。

發表於《The Astrophysical Journal》天文物理學期刊的新成果,天文學家使用近紅外光譜儀,於雙子星天文台其一口徑8.1公尺的望遠鏡,觀測數顆已知最遙遠的類星體。藉分析類星體周圍雲氣光譜,發現不尋常組成:含鐵量比太陽多20倍,鎂鐵(Mg / Fe)比例出奇地低。

科學家相信這特徵,是來自第一代恆星以不穩定對超新星(Pair-instability supernova)型態爆炸留下。估計該恆星約太陽質量150~250倍巨型恆星。與其他超新星不同的是,不會原處留下殘骸(如中子星或黑洞),而是將所有物質拋出。因此要找到第一代恆星的方法,第一個是正巧觀測到這類型爆炸事件(遇到可謂極其困難);第二是利用元素化學特徵,辨別噴到星際空間的物質。但這也是件棘手的工作,因光譜亮度除了代表元素豐度,也含其他物理參數,需仔細校正。

為了尋找大質量恆星族III的存在證明,好幾年前天文學家聚焦銀河系銀暈恆星,嘗試回答難解之謎。這回從類星體光譜元素波長,利用強度估計元素豐度,由東京大學Yuzuru Yoshii和Hiroaki Sameshima與其他共同作者發表:「一個質量約300個太陽質量的恆星,以不穩定對超新星炸出鎂鐵比例,與我們這次觀測類星體的元素分析結果一致」是令人振奮的成果,表示這方法可用於尋找初生恆星。

如今宇宙儘管大質量恆星III不復在,但留在星際空間的物質,可能依舊存在至今。為了更徹底解釋新發現,還需要更多來源的觀測結果,調查是否有相似特徵。若確定這尋找第一代恆星的新工具,我們對宇宙演化的細節更能梳理清晰。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖為藝術家對早期宇宙大質量恆星III的印象圖。來源:NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva / Spaceengine)

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