像時間膠囊的恆星，PicII-503 首度在原始星系揭示第一代恆星的化學遺跡

天文學家發現了一顆已知化學組成最原始的恆星之一 PicII-503，這顆古老恆星如同時間膠囊，保留了宇宙最早期恆星留下的化學痕跡，是目前首度在原始環境中明確呈現第一代恆星化學富集證據的例子。

第一代恆星形成於宇宙早期，壽命極短，至今無法被直接觀測。因此，像 PicII-503 這樣的第二代恆星，成為理解宇宙最初元素生成的關鍵線索（太陽則屬於較晚形成的第三代恆星，已含較多重元素）。

PicII-503 位於極為微弱的矮星系「繪架座 II」（Pictor II）外圍。該星系包含數千顆恆星，年齡超過 100 億年。PicII-503 的鐵含量是銀河系外目前測得最低者，同時卻擁有極高的碳含量，這種特徵與銀河系外圍已知的「碳增強金屬貧乏星」（碳含量相對偏高的低金屬恆星）完全一致，而這類恆星的起源長期以來一直是個謎。PicII-503 是在極微弱矮星系中首次被明確確認的第二代恆星，它是透過暗能量相機（DECam）於 Víctor M. Blanco 4 公尺望遠鏡所進行的巡天觀測所發現。在繪架座 II 周圍數百顆恆星中，巡天觀測資料將 PicII-503 標示為極端金屬貧乏的候選者，使研究團隊得以進行進一步詳細觀測。

▲ 這張影像顯示極微弱矮星系「繪架座 II」（Pictor II）中的恆星分布，圖中以紫色圈標記其成員恆星位置。右側為放大區域，標示出本研究的關鍵天體 PicII-503。繪架座 II 位於繪架座方向，是大麥哲倫星系的伴星系，而大麥哲倫星系本身則為銀河系的衛星星系。該系統包含數千顆恆星，年齡超過 100 億年。在這個小型且古老的星系中，天文學家發現恆星 PicII-503（右圖），其鐵含量為銀河系外目前最低紀錄，僅為太陽的 1/40,000，使其成為目前最清楚保留宇宙第一代恆星化學富集痕跡的例子之一。

宇宙中的第一代恆星由僅含氫與氦的氣體形成，在其核心合成出碳與鐵等第一批重元素，並在爆炸時將這些元素釋放至星際空間，成為後續恆星的材料。第二代恆星因此保留了這些早期化學訊號。研究團隊結合其他觀測資料，發現 PicII-503 的鐵與鈣含量為銀河系外最低紀錄，顯示其清楚保存了第一代恆星的化學富集痕跡。其碳對鐵比例超過太陽的 1,500 倍，符合「碳增強金屬貧乏星」的特徵。其中一種解釋是來自第一代恆星的低能量超新星爆炸：鐵等重元素回落至緻密殘骸，而碳等較輕元素被拋出並形成下一代恆星。

PicII-503 的發現支持低能量超新星模型，且由於其位於極小質量的矮星系中，若爆炸能量過高，元素應早已逃逸，這進一步強化了該解釋。此外，這項結果也顯示銀河系銀暈中的碳豐富金屬貧乏星，可能源自這類古老矮星系並在後續併合過程中融入銀河系。這是天文學家首次直接觀測到原始星系中最初元素生成的結果，將銀河系中古老恆星的化學特徵與第一代恆星的起源清楚連結。這類研究如同宇宙考古學，揭示早期恆星的痕跡，也讓我們得以窺見宇宙化學演化的起點，這一過程最終奠定了行星、化學與生命形成的基礎。

這項研究由史丹佛大學研究團隊領導，成果發表於《Nature Astronomy》。