“窥探宇宙最古远的星河”

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利用郭守敬望远镜的巡视数据，形成世界上最大的贫金属星亮源表

窥视宇宙最古老的星河

星星空下的郭守敬望远镜。 陈颖为摄

18亿年宇宙化学组成的进化图。 资料图像

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在浩瀚的星球中，有金属含量极低的恒星贫金属星，像宇宙化石一样，有早期宇宙新闻的那些研究被称为恒星考古。

日前，中国科学家利用郭守敬望远镜的巡天数据，选出了1万人金属含量低于太阳1%的贫金属星候选体，形成了目前世界上最大的贫金属星亮源表。 这一发现有利于中国现有的地面观测设备进行高分辨率的后续观测，为国内外天文界提供了前所未有的大样本贫金属星。

就像考古学家从地质遗迹中探索早期的地球文明一样，恒星考古从古老的恒星中探索早期的宇宙。

到目前为止，全世界的恒星考古学家们都在寻找银河系及其附近星系中最古老的恒星，沿着时间追溯，寻找最早的银河系，并且试图再现在大爆炸后的早期宇宙中，恒星和银河是如何形成和进化的。

那么，什么样的恒星才是恒星考古工作者心目中的老恒星呢？ 作为金属含量特别低的恒星的贫金属星。

前几天，中国科学院国家天文台的赵刚团队利用中国自主设计、建设的郭守敬望远镜的巡天数据，选择了1万多粒金属含量低于太阳1%的贫金属星候选体，形成了目前世界上最大的贫金属星亮源表，相关论文为国际期刊《天体物理

金属含量越低的恒星，代表的是越早的宇宙进化阶段

“在天文学中，所有比氦重的元素都称为金属。 包括碳、氮、氧等平时常见的“非金属”。 》赵刚团队成员、中国科学院国家天文台的李海宁说:“这些金属元素不仅在天文学中很重要，而且是生命起源的必要条件。”

宇宙诞生之初，大爆炸产生了大量的氢、氦和极微量的锂。 在这样的环境下，宇宙的第一代恒星诞生了。

李海宁说:“当时只有氢、氦、锂三种化学元素，所以第一代恒星出生时可以说是“零金属”。 之后，在生长过程中，恒星本身合成了一些新的金属元素。 ”。

第一代恒星巨大而明亮，结束短暂的一生后，超新星爆炸产生的各种金属元素向四面八方喷射。 这些金属元素埋藏在星际尘埃中，孕育着第二代恒星。

第二代恒星往往从第一代“继承”，生产越来越多的金属元素，“遗传”到下一代。 随着宇宙的“古老”，金属的“雪球”越来越大。 今天新生恒星的金属含量比130亿年前的祖先恒星高200万倍。 因此，金属含量越低的恒星，代表的是宇宙进化越早的阶段。

“受观测能力限制，现在‘触手可及’的老恒星，都是第二代恒星”李海宁说。

贫金属星的研究有助于解决早期宇宙、元素起源、第一代恒星和银河系进化的科学问题。 比如，金属元素是如何在宇宙中产生和积累的，第一代恒星和超新星是什么样的，银河系的形成和进化历史是什么样的？

贫金属星极其稀少，很不容易得到能进行细致研究的样品

寻找贫金属星的历史可以追溯到1980年代，当时依靠大规模的巡视(测光和低分辨率光谱观测)。 但是，因为这样的天体非常罕见，所以搜索过程几乎和在海里找针一样。 尽管如此，迄今为止已经取得了一系列重要成果。 其中包括发现了金属含量超低的第二代恒星，金属含量低于太阳的十万分之一的贫金属星。 用大样本的贫金属星发现银河系中有两种光晕成分。 在附近的矮星系中，发现了双中子星和证据相结合的贫金属星等。

“恒星内部的热星光通过外侧的冷大气时，形成了以特定波长具有吸收特性的吸收光谱，各吸收线中隐藏着某种元素的独特消息”李海宁说:“我们通过测量这些吸收线，保存在贫金属星的大气中。 ”。

困难的是，贫金属星的金属谱线非常弱，对光谱分解技术的要求很高，所以现在的观测手段无法得到太暗的贫金属星的高分辨率光谱和分解结果。 这是因为适于细致研究的贫金属星样品非常有限。

尽管难度很大，贫金属星的重要性已经成为20年来多个大型巡逻项目的首要科学目标之一。 现在有很多国家正在进行中和计划中的恒星考古计划。 赵刚说:“中国以郭守敬望远镜的巡天观测为契机，在这个行业也逐渐活跃起来，为今后参加相关恒星考古项目奠定了良好的基础。”

庞大恒星光谱的获得对研究宇宙的进化很重要

2009年，中国建造了世界上光谱获取率最高的光谱巡视望远镜——郭守敬望远镜，每观测可得到4000个天体光谱。

李海宁认为，郭守敬望远镜的一大特点是获得前所未有的大量恒星光谱，相当于为寻找贫穷的金属星提供了非常广阔的恒星海，“大大提高了我们找到越来越多稀有天体的可能性”。

“这种贫金属星亮源表的特征是大而明亮，最适合现有的地面观测设备进行高分辨率的后续观测。 ”。 李海宁进一步表示，“大样本可以明显扩大现有贫困金属星样本的数量，减少统计研究的误差。 亮源多时，取得这些贫金属星的运动学参数，有助于对银河系光晕的形成历史开展化学―运动学多维空之间的研究。 ”。

由于仪器分布，现在的贫金属星高分辨率观测样品有集中在南半球的选择效果，郭守敬望远镜贫金属星样品的出现有望处理南北半球样品分布不均衡的问题。

后续高分辨率光谱观测和研究正在进行中，得到了一系列重要的发现。 科学家首次系统地探索和研究锂元素丰度异常高的贫金属星，构建了目前最大的这样的样品，首次在银河系场星发现了锂元素丰度异常高的亚巨星。 第五个碳酸钠镁等多种元素发现异常丰富的超贫金属星(金属含量低于太阳的万分之一)，结合超新星理论模型研究分解，为这种天体前身星的性质提供了重要的观测限制等。

郭守敬望远镜贫金属星项目是国际上目前效率最高的同类搜索计划，项目的实施提供了国内外天文界前所未有的大样本贫金属星。 “将这些样本和盖亚卫星观测组合形成多维大样本数据，我们将迎来恒星考古的新时代”赵刚说(记者吴月辉)