科學(xué)家們近日在宇宙探索中取得重大突破，通過扮演“宇宙考古學(xué)家”的角色，成功發(fā)現(xiàn)了一顆極為罕見的貧鐵第二代恒星。這顆恒星猶如宇宙化學(xué)演化的活化石，為研究第一代恒星如何通過死亡為后代恒星提供化學(xué)元素提供了確鑿證據(jù)，其意義堪比地球上通過文物發(fā)掘了解人類文明。

這顆被命名為PicII?503的恒星，屬于第二星族（星族Ⅱ），發(fā)現(xiàn)于距離地球約15萬光年的繪座Ⅱ矮星系。研究團(tuán)隊(duì)借助安裝在維克托·M·布蘭科4米望遠(yuǎn)鏡上的暗能量相機(jī)（DECam）完成了這一發(fā)現(xiàn)。PicII?503的鐵含量僅為太陽的1/40000，是銀河系外已知鐵豐度最低的恒星之一，也是人類迄今發(fā)現(xiàn)的最原始恒星之一。太陽則屬于第三代恒星，即星族Ⅰ。

PicII?503的獨(dú)特之處不僅在于其極低的鐵含量。研究還發(fā)現(xiàn)，這顆恒星的碳含量極高，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(fā)現(xiàn)的貧鐵恒星所具有的獨(dú)特碳信號高度吻合，為理解宇宙早期化學(xué)演化提供了新的線索。

宇宙中的第一代恒星，即星族Ⅲ，誕生于只有氫、氦和極少量重元素的宇宙環(huán)境。這些恒星主要由氫構(gòu)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(fā)的形式將這些物質(zhì)拋灑到星際介質(zhì)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，即星族Ⅱ。

得益于前代恒星貢獻(xiàn)的重元素，第二代恒星的金屬含量更高，成為記錄宇宙化學(xué)增豐關(guān)鍵階段的“時(shí)間膠囊”。斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人阿尼魯?shù)隆て娴俦硎荆琍icII?503擁有超暗矮星系中已知最低的鐵豐度，為窺探原始系統(tǒng)中最初的元素形成過程提供了前所未有的窗口。

PicII?503是首顆在暗弱矮星系中確認(rèn)的星族Ⅱ恒星。在DECam的MAGIC巡天（利用CaHK波段測繪古老星系）數(shù)據(jù)中，它被標(biāo)記為一顆極端貧金屬星。這項(xiàng)為期54晚的觀測項(xiàng)目，初衷就是尋找銀河系及其伴生矮星系中最古老、化學(xué)組成最原始的恒星。奇蒂強(qiáng)調(diào)，如果沒有MAGIC的數(shù)據(jù)，根本不可能在繪座Ⅱ超暗矮星系周邊成百上千顆恒星中單獨(dú)識別出這顆恒星。

奇蒂及其團(tuán)隊(duì)將MAGIC數(shù)據(jù)與智利北部阿塔卡馬沙漠的甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）以及麥哲倫·巴德望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果相結(jié)合，確認(rèn)了PicII?503的鐵和鈣豐度極低，是銀河系外觀測到的最低值。這一發(fā)現(xiàn)揭示出，PicII?503是首份在矮星系中發(fā)現(xiàn)的化學(xué)增豐記錄。

對于PicII?503驚人的低鐵碳比，科學(xué)家提出了一種合理解釋：星族Ⅲ恒星發(fā)生超新星爆發(fā)時(shí)能量相對較低，導(dǎo)致碳這類較輕元素被拋入星際介質(zhì)，而鐵這類重元素則回落進(jìn)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，引力較弱，這一事實(shí)支持了“星族Ⅲ恒星以低能超新星形式死亡”的觀點(diǎn)。

奇蒂表示，最令人激動(dòng)的是，通過觀測PicII?503，科學(xué)家們直接看到了原始星系中最初元素合成的結(jié)果。這一基礎(chǔ)性觀測與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(yīng)，將它們的起源與第一代恒星增豐的天體本質(zhì)聯(lián)系在了一起。該團(tuán)隊(duì)的研究成果已于近期發(fā)表在《自然·天文學(xué)》期刊上。