麻省理工學(xué)院的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宇宙中最古老的三顆恒星，它們生活在我們自己的銀河億至億年銀河系附近。這些恒星位于銀河系的系光星形“暈”中，即包圍主星系盤的顆恒恒星云，它們似乎形成于120億至130億年前，成于當(dāng)時最早的環(huán)繞環(huán)星系正在形成。來源：uux.cn/Serge Brunier；國家航空和航天局
（神秘的銀河億至億年地球uux.cn）據(jù)麻省理工學(xué)院（Jennifer Chu）：麻省理工學(xué)院的研究人員，包括幾名本科生，系光星形發(fā)現(xiàn)了宇宙中最古老的顆恒三顆恒星，它們恰好生活在我們自己的成于銀河系附近。
研究小組發(fā)現(xiàn)了銀河系“光環(huán)”中的環(huán)繞環(huán)恒星，光環(huán)是銀河億至億年包圍整個主星系盤的恒星云。根據(jù)該團隊的系光星形分析，這三顆恒星形成于120億至130億年前，顆恒也就是成于第一批星系形成的時候。
研究人員為小型吸積恒星系統(tǒng)恒星創(chuàng)造了恒星“SASS”，因為他們認(rèn)為每顆恒星都曾屬于自己的小型原始星系，后來被更大但仍在增長的銀河系吸收。今天，這三顆恒星是各自星系中剩下的全部恒星。它們環(huán)繞著銀河系的外圍，研究小組懷疑那里可能有更多這樣的古老恒星幸存者。
麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授Anna Frebel說：“鑒于我們對星系形成的了解，這些最古老的恒星肯定會在那里。”。“它們是我們宇宙家譜的一部分。我們現(xiàn)在有了一種新的方法來尋找它們。”
當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)類似的SASS恒星時，研究人員希望將其用作超微弱矮星系的類似物，這些星系被認(rèn)為是宇宙中最早幸存的星系之一。這些星系今天仍然完好無損，但距離太遠(yuǎn)，太微弱，天文學(xué)家無法深入研究。
由于SASS恒星可能曾經(jīng)屬于類似的原始矮星系，但現(xiàn)在在銀河系中，而且距離銀河系更近，它們可能是理解超微弱矮星系演化的一把鑰匙。
Frebel說：“現(xiàn)在，我們可以在銀河系中尋找更多更明亮的類似物，并研究它們的化學(xué)演化，而不必追逐這些極其微弱的恒星。”。
她和她的同事今天（5月14日）在《皇家天文學(xué)會月報》上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。這項研究的合著者是約旦扎爾卡大學(xué)的穆罕默德·馬爾迪尼；希拉里·安達(dá)萊斯23歲；以及現(xiàn)任麻省理工學(xué)院本科生Ananda Santos和Casey Fienberg。
恒星邊界
該團隊的發(fā)現(xiàn)源于課堂概念。在2022年秋季學(xué)期，F(xiàn)rebel開設(shè)了一門新課程8.S30（觀測恒星考古），學(xué)生們在該課程中學(xué)習(xí)分析古代恒星的技術(shù)，然后將這些工具應(yīng)用于以前從未研究過的恒星，以確定它們的起源。
Andales說：“雖然我們的大多數(shù)課程都是從頭開始教授的，但這門課立即使我們處于天體物理學(xué)研究的前沿。”。
學(xué)生們利用弗雷貝爾多年來從拉斯坎帕納斯天文臺6.5米的麥哲倫-克萊望遠(yuǎn)鏡收集的恒星數(shù)據(jù)進行研究。她把這些數(shù)據(jù)的硬拷貝放在辦公室的一個大活頁夾里，學(xué)生們仔細(xì)翻閱，尋找感興趣的明星。
特別是，他們正在搜尋138億年前大爆炸后不久形成的古老恒星。當(dāng)時，宇宙主要由氫和氦以及鍶和鋇等極低豐度的其他化學(xué)元素組成。因此，學(xué)生們通過Frebel的活頁夾尋找光譜或星光測量結(jié)果表明鍶和鋇豐度較低的恒星。
他們的搜索范圍縮小到了麥哲倫望遠(yuǎn)鏡在2013年至2014年間最初觀測到的三顆恒星。天文學(xué)家從未對這些特定的恒星進行過追蹤，以解釋它們的光譜并推斷它們的起源。當(dāng)時，他們是弗雷貝爾班上學(xué)生的完美人選。
學(xué)生們學(xué)習(xí)了如何表征一顆恒星，以便為分析這三顆恒星的光譜做準(zhǔn)備。他們能夠用各種恒星模型來確定每一顆恒星的化學(xué)成分。恒星光譜中特定特征的強度，對應(yīng)于特定波長的光，對應(yīng)于特殊元素的特定豐度。
在完成分析后，學(xué)生們能夠自信地得出結(jié)論，與他們的參考恒星——我們自己的太陽相比，這三顆恒星的鍶、鋇和鐵等其他元素的豐度確實非常低。事實上，與今天的太陽相比，一顆恒星的鐵和氦含量不到萬分之一。
桑托斯回憶道：“盯著電腦看了好幾個小時，進行了很多調(diào)試，瘋狂地發(fā)短信和發(fā)電子郵件，才弄清楚這一點。”。“這是一個巨大的學(xué)習(xí)曲線，也是一次特殊的經(jīng)歷。”
“正在逃亡”
這些恒星的低化學(xué)豐度確實暗示了它們最初形成于120億至130億年前。事實上，它們的低化學(xué)特征與天文學(xué)家之前對一些古老的超微弱矮星系的測量結(jié)果相似。該團隊的恒星起源于類似的星系嗎？它們是如何來到銀河系的？
根據(jù)直覺，科學(xué)家們檢查了恒星的軌道模式以及它們是如何在天空中移動的。這三顆恒星位于銀河系光環(huán)的不同位置，估計距離地球約30000光年。（作為參考，銀河系的星盤跨度為100000光年。）
當(dāng)他們利用蓋亞天體測量衛(wèi)星的觀測結(jié)果追溯每顆恒星圍繞銀河系中心的運動時，研究小組注意到了一件奇怪的事情：相對于主盤中的大多數(shù)恒星（它們像賽車場上的汽車一樣運動），這三顆恒星似乎都走錯了方向。在天文學(xué)中，這被稱為“逆行”，是一個物體曾經(jīng)被“吸積”或從其他地方吸入的線索。
Frebel說：“唯一能讓其他明星走錯路的方法就是你把他們?nèi)渝e了路。”。
這三顆恒星的軌道與星系盤甚至?xí)灥钠渌糠滞耆煌偌由纤鼈兊幕瘜W(xué)豐度較低，有力地證明了這些恒星確實是古老的，曾經(jīng)屬于更古老、更小的矮星系，這些星系以隨機角度落入銀河系，并在數(shù)十億年后繼續(xù)其頑固的軌道。
Frebel很好奇天文學(xué)家之前分析的光環(huán)中其他古老恒星的逆行是否是其特征，他查閱了科學(xué)文獻，發(fā)現(xiàn)了其他65顆恒星，它們的鍶和鋇豐度也很低，似乎也與銀河系的流動相反。
Frebel說：“有趣的是，它們的速度都很快——每秒數(shù)百公里，走錯了方向。”。“他們在逃亡！我們不知道為什么會這樣，但這是我們需要的拼圖，而我在開始時并沒有完全預(yù)料到。”
該團隊渴望尋找其他古老的SASS恒星，現(xiàn)在他們有了一個相對簡單的方法：首先，尋找化學(xué)豐度低的恒星，然后追蹤它們的軌道模式，尋找逆行的跡象。他們預(yù)計，在銀河系4000多億顆恒星中，該方法將發(fā)現(xiàn)一小部分但數(shù)量可觀的宇宙中最古老的恒星。
Frebel計劃在今年秋天重新開設(shè)這門課，回顧第一門課程，以及三位將成績公布的學(xué)生，帶著欽佩和感激之情。
她說：“能和三名女大學(xué)生一起工作真是太棒了。這對我來說是第一次。”。“這真的是麻省理工學(xué)院方式的一個例子。我們做到了。無論誰說‘我想?yún)⑴c’，他們都可以做到，好事就會發(fā)生。”