這個球狀星團太缺鐵了

2021-01-20 科學解碼


在天文學中，金屬豐度比太陽低的恆星被稱為貧金屬星，往往誕生時間比較早；富金屬星則與太陽金屬豐度差不多甚至更高，也比較年輕。


年齡越大的貧金屬星代表著越早的宇宙演化階段。因此，找到貧金屬星是研究恆星演化史的關鍵。


據悉，一個國際天文學家小組在距地球250萬光年的仙女座星系外圍發現了一個迄今金屬豐度最低的球狀星團RBC EXT8。


這一發現刷新了大型球狀星團的理論金屬豐度下限，挑戰了現有的球狀星團形成理論。相關研究成果於10月15日發表在《科學》雜誌上。


創紀錄的球狀星團金屬豐度有多貧


天文學中的金屬與通常所說的金屬概念並不相同。天文學上把一切比氦重的化學元素都稱為金屬，一顆恆星表層大氣裡金屬元素的總和就是金屬豐度，即金屬含量。

RBC EXT8是一個大質量球狀星團，其半徑達9光年，質量是太陽的100萬倍，金屬豐度卻只有太陽的1/800。


對此，中山大學物理與天文學院副教授湯柏添在接受科技日報記者採訪時說：「這一發現刷新了球狀星團的金屬豐度下限，此前金屬豐度最低的是銀河系球狀星團ESO280-SC06，金屬豐度為太陽的1/250。」


中國科學院國家天文臺副研究員李海寧此前對科技日報記者表示，並不是所有的金屬元素含量都能測定，天文學家常用在可見光範圍最易測量的鐵元素豐度來表示一顆恆星的金屬豐度。


「鐵元素的豐度一般通過鐵元素在可見光範圍內的躍遷吸收線來測量。」湯柏添以本次研究為例說，研究人員藉助位於美國夏威夷的凱克望遠鏡的高解析度光譜儀對RBC EXT8進行了高解析度光譜觀測，通過測量鐵元素的躍遷吸收線的大小，確定了RBC EXT8的金屬成分信息。

RBC EXT8金屬豐度的測量難度不小，「由於RBC EXT8距離地球太過遙遠，所以並不能分辨單顆恆星的金屬豐度，而是進行了整個星團的積分光譜觀測。研究人員假設星團裡所有的恆星都是在一次星爆中同時誕生，具有相同的金屬豐度。1/800的太陽金屬豐度即星團裡所有恆星平均的金屬含量。」湯柏添介紹。


從球狀星團的金屬豐度透視早期宇宙


測量球狀星團的金屬豐度可以評估早期宇宙中星系的化學元素積累情況。


李海寧描述道，宇宙誕生之初，大爆炸產生了大量的氫、氦和極其微量的鋰，在這樣的環境下誕生了第一代恆星。


第一代恆星合成並製造了一些比鋰更重的金屬元素，並且在其短暫一生結束的同時，通過超新星爆發將其製造的各種金屬元素噴射到四面八方，埋藏在孕育第二代恆星的星際塵埃中。就這樣代代相傳，每一代新生恆星中的金屬含量都會比它的上一輩高一些，今天恆星「新生兒」的金屬含量要比130億年前的「老祖先」高出200萬倍。


應重新審視大質量球狀星團形成理論框架


湯柏添表示，我們附近的星系（包括銀河系）都會有一些貧金屬球狀星團，但RBC EXT8是現有最貧金屬豐度的紀錄保持者，其超低的鐵元素挑戰了現有的星團形成理論。直到目前人們還認為，大型球狀星團不可能在金屬豐度如此低的條件下形成。


「一般認為大質量球狀星團的形成所需要的金屬豐度下限為太陽金屬豐度的1/250。也就是說，大質量球狀星團的形成並不會在極貧金屬豐度時發生。但本次觀測證據表明，這個球狀星團在星系形成早期，即金屬豐度僅為太陽豐度1/800的情況下就已經形成。」湯柏添表示，這說明科學家應該重新審視大質量球狀星團形成理論的框架。

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    據悉，一個國際天文學家小組在距地球250萬光年的仙女座星系外圍發現了一個迄今金屬豐度最低的球狀星團RBC EXT8。　　這一發現刷新了大型球狀星團的理論金屬豐度下限，挑戰了現有的球狀星團形成理論。相關研究成果於10月15日發表在《科學》雜誌上。　　創紀錄的球狀星團金屬豐度有多貧　　天文學中的金屬與通常所說的金屬概念並不相同。
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    1782年的時候，法國天文學家Pierre Méchain首次觀測到了它。次年，英國天文學家William Herschel也發現了這個天體。1947年，加拿大天文學家Helen Sawyer Hogg正式將它加入到著名的梅西耶星表中。　　在這些球狀星團中，通常包含著數十萬顆恆星，而且其中都是非常年老的恆星，有的甚至和銀河系的年齡差不多，是這個星系中最古老的天體。因此，對於科學家來說，這些球狀星團裡的恆星是我們研究銀河系演化史的重要借鑑。
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    NASA 哈勃空間望遠鏡拍攝到一副唯美的畫面，在距離銀河系中心約13000光年外，球狀星團 NGC 6441中確切的恆星數量難以預估，所有恆星的質量總量大約是太陽質量的160萬倍，這使得NGC 6441成為銀河系中質量最大、亮度最高的球狀星團之一。 除了「漂亮」，NGC 6441吸引科學家的地方還在於其擁有4顆脈衝星，每顆脈衝星都在幾毫秒內完成一次自轉。
  • 球狀星團脈衝星似乎揭示了答案!
    銀河繫到底是怎麼誕生的，這是一個從未有人細究的真相，從銀河系，到太陽系，再到地球，生命就這樣毫不起眼的誕生在這個蔚藍色的星球上。而現在，在這個星球上上的生命藉助強大的望遠鏡窺視到了宇宙的冰山一角，看到了並繪出了銀河系的全貌，但是他們更想了解的是，這樣一座宏偉的星系是如何締造出來的？
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    雖然恆星數量超過10顆以上就可以形成星團了，但是實際上我們在銀河系內發現的星團，其擁有的恆星數量都十分驚人，有的星團甚至擁有多達幾十萬顆恆星。銀河系中心的球狀星團科學家根據星團中恆星之間的距離和結構關係，把星團分為疏散星團和球狀星團。
  • 天文學家在銀河系發現球狀星團，如同雪花一般，相當驚豔
    從形態上來看，一般可以把星團劃分為球狀星團和疏散星團兩種形態。其中，疏散星團正如其字面意思那樣，它可能由上百或上千顆恆星所組成，各個恆星之間所受的引力作用較弱，換而言之就是恆星的分布較為疏散。對於天文學家來說，他們很樂於去觀測和研究球狀星團，因為球狀星團可以說是宇宙較為古老的天體之一，對它們進行研究，有助於我們研究宇宙中恆星的形成過程。
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    據航天局稱，這是一個由成千上萬顆顏色各異的恆星組成的球狀星團。這些恆星的大小不一，描繪出一幅色彩斑斕的天體圖，恆星平均密度比太陽周圍的恆星密度高數十倍。 「年邁」的哈勃太空望遠鏡已經圍繞地球運行了幾十年，捕捉到了我們周圍宇宙的驚人觀測結果。雖然它的壽命已接近尾聲，但它仍能拍出令人矚目的圖像，其中最新的一張照片已被NASA重點報導。