导读】
目前，通过一项被称为“恒星考古”的技术，天文学家在古老的第二代恒星中发现了第一代恒星留下的化学特征。日本东京国家天文台的Wako Aoki及同事发现了这种恒星的首个迹象，第一代恒星的遗迹存在于一颗叫做SDSS J0018-0939的恒星中，其中的化学成分表明该恒星形成于一个气团，气团是由一颗非常巨大的恒星爆炸后所产生的材料构成的。不久前，这项研究成果发表在《科学》杂志上。
原始恒星究竟什么样
长期以来，天文学家们一直认为巨型恒星分布于早期的宇宙中。现在，他们发现了那些恒星存在的证据。那些恒星的质量为太阳质量的数百倍，它们首先将原始的氢和氦融合起来，形成较重的元素，留下化学特征，目前天文学家在古老的第二代恒星中发现了这些特征。
目前，天文学家对于宇宙的第一代恒星还知之甚少。那些恒星可能是在宇宙大爆炸发生之后最初的几亿年里形成的，由氢、氦和微量的锂构成。
科学家们通过模拟早就预测到，第一批恒星中的某些恒星是非常巨大的，质量超过太阳质量的100倍，在仅仅几百万年的时间里就经历了生存和死亡，这个时间在宇宙中相当于一眨眼的功夫。随着那些恒星作为超新星爆炸之后，产生了第一批重元素，通过这些重元素演化出了后来的星系和恒星。但是，此前没有发现第一批恒星存在的迹象。
东京大学的天体物理学家Naoki Yoshida说：“这是一项期待已久的发现。”Yoshida没有参与这项研究。Yoshida说，尽管许多理论研究曾经预测到这些化学迹象的存在，但是此前从未在宇宙中发现过这样的化学迹象，因而这成为长期以来的一个谜团。他说：“好像Aoki等人终于发现了一颗古老恒星的遗迹，拿出了有趣的证据，说明遥远的过去确实存在这样的巨型恒星。”
奇怪的成分组合
一些天文学家在体积和质量均较小的第二代恒星中寻找第一代恒星的迹象。第二代恒星燃烧较慢，已经存在了大约130亿年，它们中含有微量较重的元素，这表明这些恒星是由一种气体聚结而成的，以前的一颗或数颗超新星产物使这种气体丰富起来。
“这就像柜橱里层的罐子中所盛的豆子，它们永远在那里呆着，但你可以随时打开。”剑桥麻省理工学院的天体物理学家Anna Frebel说：“通过研究，科学家们能够将形成恒星的气团成分搞清，进而可以了解有哪些成分以及其中有多少成分来自于第一批恒星。”Frebel也没有参与这项研究。
此前，类似的研究都没有发现那种巨型恒星，但数字模拟表明它们本应该形成于早期的宇宙中。起初，Aoki及同事利用位于新墨西哥州阿帕奇点天文台的斯隆数字巡天仪发现了一些恒星，他们通过研究这些恒星发现了要寻找的对象。利用夏威夷莫纳克亚山日本昴星望远镜上的高散射光谱仪分析SDSS J0018-0939时，研究人员发现这颗恒星有着极不寻常的成分组合。
Aoki说：“这种化学特性是非常引人瞩目的。”跟铁之类的较重元素相比，这颗恒星碳、镁和钙等较轻元素的含量很低。研究论文的作者们称，对于这种特性，最有可能的解释就是一种叫做“不稳定对超新星”的特大质量恒星发生了爆炸。
当恒星的核心温度变得非常高时，成对的光子变成成对的电子和正电子，这时就会形成不稳定对超新星。结果，外表压力下降引起恒星产生明显的塌缩，发生巨大的热核爆炸。Aoki称，这种爆炸会将恒星撕裂，产生高浓度铁和少量的较轻元素。Frebel说，另一方面，较低能量的超新星会产生极少量的铁和较多较轻的元素。尽管外层被炸掉，但较重的元素被吸回核心处，形成黑洞。
继续搜寻
Aoki说，尽管这颗恒星的概况表明它更有可能形成于一次巨型爆炸后的残骸，而不是形成于更加传统的超新星，但是这种解释并不确切，一些有特征的元素仍然没有得到解释，或许当模拟系统改进之后这个问题就能够得到解决。现在，Frebel说她本人暂时不会对原来恒星的质量做出确切的预测，也不会宣称这就是唯一的解释。
马萨诸塞州剑桥市哈佛·史密森天体物理中心的理论天体物理学家Thomas Greif表示：这个研究成果是令人兴奋的。但是，他还警告说：这并不意味着理论家们就可以宣告胜利了。他还说：“目前，这只是一颗恒星，而且这并不意味着所有这些恒星都是以这种方式爆炸的。”
Aoki的研究小组估计，在含有微量重元素的恒星中，每500颗恒星中有1颗可能形成于巨型恒星的残骸。目前，研究人员正在观察更多恒星的化学特征，进一步搜寻其他的例证。如果这种恒星如此普遍，使用定于2018年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜，或者利用下一代的大型地面望远镜，未来的天文观测通过来自最遥远星系的远古光线，甚至能够直接观察到这种巨型恒星作为超新星死亡的现象。Aoki补充说：“如果那样的话，就可以最终证实第一代巨型恒星的存在。”
(编译：胡德良)