天文學家在已知最古老恆星的大氣中發現大量氧氣

2020-11-26 前瞻網

天文學家在已知最古老恆星的大氣中發現大量氧氣

 Emma Chou • 2020-01-24 18:42:48　來源：前瞻網　E3304G0

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圖片來源：Gabriel Pérez, SMM (IAC)

來自加州大學聖地牙哥分校、阿納裡亞斯天體研究所(IAC)和劍橋大學的一個國際天文學家小組在已知最古老，元素最貧乏的恆星之一的大氣中檢測到大量氧氣，，這是一顆被科學家稱為J0815+4729的「原始恆星」。

這一新發現是利用夏威夷莫納克亞山（Maunakea）上的W. M. 凱克天文臺對這顆古老恆星的化學成分進行分析後得出的，它為宇宙中第一代恆星是如何產生氧氣和其他重要元素提供了重要的線索。

研究結果發表在2020年1月21日出版的《天體物理學雜誌通訊》上。

「這個結果非常令人興奮。它通過利用在我們宇宙後院的恆星，告訴我們宇宙早期時候的情況。」凱克天文臺首席科學家約翰·奧米拉說，「我期待看到更多像這樣的測量，這樣我們就能更好地了解在年輕的宇宙中最早的氧氣和其他元素的播種。」

氧是宇宙中第三豐富的元素，僅次於氫和氦，是地球上所有生命形式的基本元素，是呼吸的化學基礎和碳水化合物的組成部分，它也是地殼的主要元素成分。然而，在早期宇宙中氧並不存在;它是通過在最大型恆星內部深處發生的核聚變反應產生的，這些恆星的質量大約是太陽質量的10倍或更大。

要追蹤氧和其他元素的早期產生，需要研究現存最古老的恆星。J0815+4729就是這樣一顆恆星;它位於離天貓星座5000光年遠的地方。

「像J0815+4729這樣的恆星被稱為暈星，」加州大學聖地牙哥分校的天體物理學家亞當·伯加瑟解釋道，他是這項研究的合著者。「這是由於它們在銀河系周圍大致呈球形分布，而不是像我們所熟悉的包括太陽在內的年輕恆星的扁平圓盤。」

像J0815+4729這樣的暈星是真正的古代恆星，這讓天文學家得以一窺宇宙早期的元素生成過程。

研究小組在凱克天文臺上使用10米凱克1號望遠鏡高解析度階梯光譜儀觀測了J0815+4729。這些數據需要在一個晚上對這顆恆星進行5個多小時的觀測，用來測量這顆恆星大氣中16種化學物質的豐度，包括氧氣。

「恆星的原始成分表明,它形成在第一次大爆炸數億年後,可能是由銀河系第一顆超新星排出的物質造成的。」拉蒙·卡哈爾博士後研究員、該研究的第一作者喬納·岡薩雷斯·埃爾南德斯說到。

凱克天文臺對這顆恆星的探測數據顯示了一種非常不尋常的化學成分。雖然它有相對大量的碳、氮和氧——大約是太陽中測量到的元素豐度的10%、8%和3%——其他元素，如鈣和鐵的豐度大約是太陽的百萬分之一。

「在我們星系的光暈中，已知的此類恆星不多，但沒有一顆恆星的碳、氮和氧含量與鐵含量相比如此之高。」劍橋大學博士後研究員、該研究的合著者戴維·阿瓜多(David Aguado)說。

對這類恆星的搜索涉及到專門的項目，這些項目篩選了成千上萬的恆星光譜，以發現一些罕見的來源，如J0815+4729，然後進行後續觀測，以測量它們的化學成分。這顆恆星最初是通過斯隆數字天空調查(SDSS)獲得的數據確定的，然後在2017年，IAC團隊使用西班牙拉帕爾馬的Grand Canary望遠鏡對其進行了表徵。

「30年前，我們在IAC開始研究銀河系中最古老的恆星中氧的存在;這些結果已經表明，這種元素是在第一代超新星中大量產生的。然而，我們無法想像我們會找到一個像這顆恆星那樣壯觀的案例。

原文來源：https://phys.org/news/2020-01-astronomers-large-amounts-oxygen-ancient.html

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