天文学家发现迄今为止最原始的一颗恒星
一位古老的移民纳维德马维卡内基科学研究所
天文学家发现了一颗极其古老的恒星，它为我们提供了窥视宇宙早期篇章的难得机会。
一个国际天文学家团队利用斯隆数字巡天第五期（SDSSV）的数据以及智利卡内基科学研究所拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜的后续观测结果，发现了迄今为止观测到的化学组成最纯净的恒星，名为SDSSJ07157334。这一发现详细发表在《自然天文学》杂志上。
这项研究由芝加哥大学天文学家亚历山大吉领导，他曾是卡内基天文台的博士后研究员，研究团队还包括卡内基天体物理学家朱娜科尔迈尔，她负责监督SDSS第五代项目。该团队确定，这颗恒星属于宇宙中形成的仅第二代恒星，诞生于大爆炸后几十亿年。
这些原始的恒星是窥探宇宙中恒星和星系诞生之初的窗口，季解释道。他和科尔迈耶在这篇论文中的几位合著者是来自芝加哥大学的本科生，季曾在一次春假带他们去拉斯坎帕纳斯进行观测旅行。我第一次去LCO时真正爱上了天文学，能和我的学生们分享这样一段有意义的经历很特别。
从大爆炸到第一批恒星
宇宙始于大爆炸后一种极热且致密的粒子混合物。随着宇宙膨胀，温度降低，中性氢气得以形成。在数亿年的时间里，密度略高的区域在自身引力作用下坍缩，诞生了首批几乎完全由氢和氦组成的恒星。
芝加哥大学教授亚历山大吉的天体物理学实地课程班的学生们在智利卡内基科学研究所拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦克莱望远镜前合影。他们用身体拼出MIKE，这是指他们在望远镜上使用的麦哲伦稻盛和夫京瓷阶梯光栅光谱仪（MIKE），借助该仪器他们取得了突破性发现。从左至右：张中原。
这些早期恒星燃烧剧烈，寿命很短。在它们死亡前，通过核聚变产生了更重的元素，然后通过剧烈的爆炸将这些物质散布到太空中。后来的恒星世代由这种富集物质形成，逐渐增加了整个宇宙中发现的元素种类。
贫金属星为何重要
宇宙中所有较重的元素（天文学家称之为金属）都是通过恒星过程产生的——从恒星内部发生的聚变反应到超新星爆炸，再到密度极高的恒星之间的碰撞，Ji说。因此，发现一颗金属含量极低的恒星，让这群学生意识到他们遇到了非常特别的东西。
像季（Ji）和科尔迈耶（Kollmeier）这样的科学家正在寻找第二代和第三代恒星，因为它们保存着关于恒星形成在宇宙历史中如何演变的线索。由于最早时期的单个恒星尚无法直接观测，天文学家转而寻找距离地球更近的古老幸存者。
科勒迈尔解释道：我们必须在宇宙后院中寻找这些天体，因为我们目前还无法观测到恒星形成初期的单个恒星。由于这些恒星十分罕见，像SDSSV这样的巡天项目旨在具备足够的统计能力，从恒星的‘草堆’中找到这些‘针’，并检验我们关于恒星形成与爆炸的理论。
斯隆数字巡天是有史以来最具影响力的天文项目之一。其现阶段利用南北半球的望远镜（包括智利的杜邦望远镜和新墨西哥州的阿帕奇点天文台），在天空中收集数百万条光学和红外光谱。
利用SDSSV的数据，Ji和他的学生们识别出了重元素含量极低的恒星。随后他们使用麦哲伦望远镜收集高分辨率光谱并证实了他们的发现。在他们的第一次观测运行期间，清晨时分，SDSSJ07157334被证实为已知的最原始的恒星。
卡内基科学天文台主任兼克劳福德H格林沃尔特讲席教授迈克尔布兰顿表示：拉斯坎帕纳斯的望远镜生态系统对这项突破性工作的几乎每个方面都至关重要，从作为SDSSV银河系测绘工作一部分收集的杜邦数据，到显示SDSSJ07157334究竟有多特殊的麦哲伦观测结果。
一次协作性与教育性的体验
拉斯坎帕纳斯天文台拥有四台卡内基望远镜，该项目主要依赖其中两台，这表明仪器技术的进步如何持续推动科学发现。
学生们的经历反映了这种协作环境。第一天晚上，他们在杜邦望远镜旁观摩了SDSSV的数据收集工作。第二天晚上，他们使用麦哲伦克莱望远镜进行了自己的观测。
发现之后，Ji调整了学期剩余时间的安排，以便学生能够专注于分析他们的结果，让他们直接体验到灵活性如何推动科学进步。
当我还是本科生时，比起上课，我更偏爱做研究。我很高兴亚历克斯的课程被改造成了探索式课程，我希望确保像SDSSV和盖亚这样的调查项目有能力让这种模式成为常态而非例外。科尔迈耶说。
这颗恒星为何如此独特
详细分析显示，SDSSJ07157334的金属含量不到太阳的0.005%。它的重元素含量仅为之前纪录保持者的一半，且铁和碳的含量尤其低。它的金属贫乏程度也是此前发现的铁含量最低的恒星的40倍。
通过将这些观测结果与欧洲空间局盖亚任务的数据相结合，研究团队发现这颗恒星距离地球约8万光年，且可能形成于银河系之外，之后被吸入我们的星系。
培养下一代天文学家对我们领域的未来至关重要。而通过开展此类项目来激发人们对科学实践的热情，是确保有好奇心的年轻学习者能在天体物理学领域找到自己位置的好方法，Ji总结道。我在卡内基担任博士后的时光对我的职业成长至关重要，我很高兴能通过带学生去拉斯坎帕纳斯来传递这份经历带来的收获。
参考文献：《来自大麦哲伦云的一颗近乎原始的恒星》，作者：亚历山大P吉、韦丹特钱德拉、塞莱娜梅贾斯托雷斯、张中原、菲利普艾特纳、凯文C施劳夫曼、希拉里黛安安德莱斯、哈杜、娜塔莉M奥兰特亚、里西卡图德米拉、皮埃尔N蒂博多、凯万G斯塔松、玛德琳豪厄尔、杰米塔亚尔、玛丽亚伯格曼、安德鲁R凯西、詹妮弗A约翰逊、乔琳K卡尔伯格、威廉塞尔尼、何塞G费尔南德斯特林卡多、基思霍金斯、朱娜A科尔迈尔、切尔文FP拉波特、吉列尔梅林伯格、松野忠文、绍博尔茨梅萨罗斯、肖恩莫里森、大卫L尼德弗、盖伊S斯特林费罗、唐纳德P施耐德和莱利泰，近期，《自然天文学》。DOI：10.1038s41550026028167
相关知识
恒星是由引力束缚形成的球形发光等离子体天体，太阳就是典型例子。它通过内部氢核聚变将氢转化为氦，释放巨大能量维持发光发热，同时引力与核聚变产生的向外压力达成平衡，保持稳定形态。恒星是宇宙中最主要的天体之一，不同质量的恒星会有不同演化路径，最终可能成为白矮星、中子星或黑洞。
BY: Carnegie Institution for Science
FY: AI