一球狀星團確診貧「血」，重元素含量下限再次刷新

2020-10-21 牧夫天文

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文源：凱克天文臺

編譯：艾宇熙

校對：徐鵬暉 陳杰

審閱：牧夫天文校對組

編排：邱煜欣

後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦 徐⑨坤

原文連結：https://www.sciencedaily.com/releases/2020/10/201015101814.htm

球狀星團是由數千到數百萬顆密集的恆星在引力作用下形成的系統。球狀星團與其所在星系中最古老的部分存在高度關聯，因此，測量球狀星團的化學組成有助於理解宇宙早期所含化學元素的圖景。

近期，天文學家們在仙女星系（M31）中發現了一個編號為RBC EXT8的大質量球狀星團，其重元素含量極低。該球狀星團中鐵元素的含量僅為太陽的八百分之一，即使與先前已知的貧鐵球狀星團相比，也還是低了三倍。其鎂元素的含量也非常低。

這項研究的第一作者是來自荷蘭奈梅亨大學的Søren Larsen。論文發表在2020年10月15日的《科學》雜誌上。

RBC EXT8球狀星團位於仙女星系的外圍，距地球250萬光年。

圖源：ESASky/CFHT

「最不可思議的是這個星團其實就在我們眼皮子底下，RBC EXT8在數十年前就被觀測到了，它也是仙女星系中最明亮的球狀星團之一，但從來沒有人仔細查看過它的信息。」論文的共同作者，供職於加州大學天文臺（UCO）和聖何塞州立大學的Aaron Romanowsky說，「這帶給我的啟發是宇宙中還有許多驚喜等待著我們去發現。此外，這個發現提示我們要隨時檢驗從前的假設——在這個例子裡，天文學家們曾經認為，我們已經觀測到了足夠多的球狀星團作為樣本以給出關於它們金屬含量的假設，而實際上新的發現表明我們以前的樣本並不夠多。」

宇宙大爆炸之後，氫和氦成為了宇宙中最初的兩種主要元素。除此之外的其他元素，如鎂和鐵，都是在後來的恆星演化過程中形成的。球狀星團通常被認為代表了星系中比較古老的部分（含有較多的老年恆星）。因此目前的主流觀點是，大型球狀星團一定會含有相當數量的重元素。RBC EXT8是一個大質量球狀星團，而其重元素含量卻出乎意料地低，這可能會對目前學界對於早期宇宙中恆星與星系形成的一些認識構成挑戰。

「我們的發現表明，大質量球狀星團也可能是在宇宙形成早期從僅含有微量重元素的氫氣和氦氣中形成的。這個結論令人驚訝，因為先前我們認為氫和氦這樣『原始』的氣體是無法形成如此大規模的星團的。」Larsen說。

論文的另一共同作者是Jean Brodie，她是澳大利亞斯威本大學天體物理與超級計算中心的主任，同時也是加州大學天文臺天文與天體物理榮譽教授。她表示：「這個發現令人激動，我們對於球狀星團應該含有的重元素的下限又被打破了，而且新的下限降低了很多。我們的發現與標準的球狀星團形成理論不一致，這很有趣。」

2019年10月，研究者們用凱克天文臺的高分辨階梯光柵光譜儀（HIRES）觀測了RBC EXT8球狀星團。在最初的觀測計劃裡，RBC EXT8並不是觀測目標，但研究團隊恰好有幾個小時的觀測時間富裕出來，他們就用這些時間觀測了RBC EXT8。他們通過分光觀測研究RBC EXT8的金屬含量，又用來源於加拿大-法國-夏威夷望遠鏡的觀測檔案確定了這個星團的大小和質量。於是，意料之外的結果出現了。

「從觀測的角度講，對仙女星系中的球狀星團進行精細的化學組成分析是一件很困難的事。」Brodie說，「凱克天文臺的高分辨階梯光柵光譜儀是非常適合的儀器。」

未來，研究者們希望能夠發現更多貧金屬的球狀星團，以進一步闡述它們的起源。

參考連結：

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/10/201015101814.htm

https://keckobservatory.org/star-cluster

https://science.sciencemag.org/content/early/2020/10/14/science.abb1970

責任編輯：邱煜欣

牧夫新媒體編輯部

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