天文学家在已知最古老恒星的大气中发现大量氧气

图片来源：Gabriel Pérez, SMM (IAC)

来自加州大学圣地亚哥分校、阿纳里亚斯天体研究所(IAC)和剑桥大学的一个国际天文学家小组在已知最古老，元素最贫乏的恒星之一的大气中检测到大量氧气，，这是一颗被科学家称为J0815+4729的“原始恒星”。

这一新发现是利用夏威夷莫纳克亚山（Maunakea）上的W. M. 凯克天文台对这颗古老恒星的化学成分进行分析后得出的，它为宇宙中第一代恒星是如何产生氧气和其他重要元素提供了重要的线索。

研究结果发表在2020年1月21日出版的《天体物理学杂志通讯》上。

“这个结果非常令人兴奋。它通过利用在我们宇宙后院的恒星，告诉我们宇宙早期时候的情况。”凯克天文台首席科学家约翰·奥米拉说，“我期待看到更多像这样的测量，这样我们就能更好地了解在年轻的宇宙中最早的氧气和其他元素的播种。”

氧是宇宙中第三丰富的元素，仅次于氢和氦，是地球上所有生命形式的基本元素，是呼吸的化学基础和碳水化合物的组成部分，它也是地壳的主要元素成分。然而，在早期宇宙中氧并不存在;它是通过在最大型恒星内部深处发生的核聚变反应产生的，这些恒星的质量大约是太阳质量的10倍或更大。

要追踪氧和其他元素的早期产生，需要研究现存最古老的恒星。J0815+4729就是这样一颗恒星;它位于离天猫星座5000光年远的地方。

“像J0815+4729这样的恒星被称为晕星，”加州大学圣地亚哥分校的天体物理学家亚当·伯加瑟解释道，他是这项研究的合著者。“这是由于它们在银河系周围大致呈球形分布，而不是像我们所熟悉的包括太阳在内的年轻恒星的扁平圆盘。”

像J0815+4729这样的晕星是真正的古代恒星，这让天文学家得以一窥宇宙早期的元素生成过程。

研究小组在凯克天文台上使用10米凯克1号望远镜高分辨率阶梯光谱仪观测了J0815+4729。这些数据需要在一个晚上对这颗恒星进行5个多小时的观测，用来测量这颗恒星大气中16种化学物质的丰度，包括氧气。

“恒星的原始成分表明,它形成在第一次大爆炸数亿年后,可能是由银河系第一颗超新星排出的物质造成的。”拉蒙·卡哈尔博士后研究员、该研究的第一作者乔纳·冈萨雷斯·埃尔南德斯说到。

凯克天文台对这颗恒星的探测数据显示了一种非常不寻常的化学成分。虽然它有相对大量的碳、氮和氧——大约是太阳中测量到的元素丰度的10%、8%和3%——其他元素，如钙和铁的丰度大约是太阳的百万分之一。

“在我们星系的光晕中，已知的此类恒星不多，但没有一颗恒星的碳、氮和氧含量与铁含量相比如此之高。”剑桥大学博士后研究员、该研究的合著者戴维·阿瓜多(David Aguado)说。

对这类恒星的搜索涉及到专门的项目，这些项目筛选了成千上万的恒星光谱，以发现一些罕见的来源，如J0815+4729，然后进行后续观测，以测量它们的化学成分。这颗恒星最初是通过斯隆数字天空调查(SDSS)获得的数据确定的，然后在2017年，IAC团队使用西班牙拉帕尔马的Grand Canary望远镜对其进行了表征。

“30年前，我们在IAC开始研究银河系中最古老的恒星中氧的存在;这些结果已经表明，这种元素是在第一代超新星中大量产生的。然而，我们无法想象我们会找到一个像这颗恒星那样壮观的案例。

原文来源：https://phys.org/news/2020-01-astronomers-large-amounts-oxygen-ancient.html