中新網(wǎng)北京6月7日電 (記者 孫自法)宇宙中第一代恒星質(zhì)量有多大？理論預(yù)言其演化形成的特殊超新星存在嗎？中國科學(xué)院(中科院)國家天文臺趙剛研究員領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)合作完成一項(xiàng)研究揭曉答案稱，他們率先在銀暈恒星中發(fā)現(xiàn)第一代超大質(zhì)量恒星演化后坍縮形成的“對不穩(wěn)定超新星”(PISN)存在的化學(xué)證據(jù)。

　　此前，天文學(xué)理論研究曾預(yù)言這種特殊超新星的存在，但從未被觀測發(fā)現(xiàn)。基于中國大科學(xué)裝置郭守敬望遠(yuǎn)鏡(大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡，英文縮寫LAMOST)巡天觀測數(shù)據(jù)，中國天文學(xué)家領(lǐng)銜完成的最新研究證實(shí)，該特殊超新星源自于一顆質(zhì)量高達(dá)260倍太陽質(zhì)量的第一代恒星，刷新了人們對第一代恒星質(zhì)量分布的認(rèn)知。

　　這一重要天文學(xué)發(fā)現(xiàn)及研究成果論文，由中科院國家天文臺聯(lián)合中科院云南天文臺、日本國立天文臺和澳大利亞莫納什大學(xué)等合作完成，6月7日在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。論文通訊作者趙剛研究員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)長期從事天體豐度的研究工作，建立大規(guī)模貧金屬星的高分辨率光譜觀測樣本，完成對其化學(xué)豐度的系統(tǒng)性定量分析，為最新研究發(fā)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　趙剛表示，此項(xiàng)研究從觀測上證實(shí)第一代恒星的質(zhì)量可達(dá)到太陽質(zhì)量的數(shù)百倍，揭示PISN在宇宙早期化學(xué)增豐過程中的貢獻(xiàn)，對研究第一代恒星的初始質(zhì)量函數(shù)意義重大，并將對元素起源、宇宙早期的恒星形成和星系化學(xué)演化等方面的研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

　　他介紹說，第一代恒星給宇宙帶來第一縷曙光，是終結(jié)黑暗時代的起始點(diǎn)，主導(dǎo)著早期宇宙化學(xué)增豐過程和演化歷史。理論預(yù)言第一代恒星的壽命極短，只存在于高紅移的宇宙之中，因此直接觀測到第一代恒星的難度極大。長期以來，銀河系“考古”領(lǐng)域一直致力于通過貧金屬星來研究第一代恒星，部分極貧金屬星(金屬含量低于太陽的百分之一)可能誕生于第一代恒星終結(jié)時形成的氣體云，其化學(xué)豐度完整保留了第一代恒星演化產(chǎn)物的特征，從而使天文學(xué)家能夠利用這些“活化石”揭示第一代恒星的演化歷史。

　　理論研究表明，第一代恒星的質(zhì)量可以達(dá)到太陽質(zhì)量的數(shù)百倍，但一直未能從觀測上發(fā)現(xiàn)相關(guān)證據(jù)。通常發(fā)現(xiàn)的極貧金屬星保留了核坍縮超新星(CCSN)的核合成產(chǎn)物，但這些超新星的前身星普遍小于100倍太陽質(zhì)量。對于質(zhì)量介于140-260倍太陽質(zhì)量的第一代恒星而言，其核心處產(chǎn)生的正負(fù)電子對會減弱恒星內(nèi)部輻射壓力，并導(dǎo)致恒星坍縮形成一種特殊的超新星即PISN。與核坍縮超新星相比，PISN產(chǎn)物具有極為特殊的化學(xué)組成，在其演化后形成的氣體云中誕生的第二代恒星，會展現(xiàn)出極其罕見的化學(xué)豐度模式。

　　論文第一作者、中科院國家天文臺邢千帆博士表示，本次研究中，國際合作團(tuán)隊(duì)結(jié)合郭守敬望遠(yuǎn)鏡低分辨率光譜和日本昴星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡高分辨率光譜數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)一顆編號為LAMOST J1010+2358的化學(xué)豐度極為特殊的恒星，它具有目前已知最低的鈉含量，其化學(xué)豐度還顯示出強(qiáng)烈的“奇偶效應(yīng)”，即原子序數(shù)為奇數(shù)的元素含量遠(yuǎn)低于相鄰的原子序數(shù)為偶數(shù)的元素含量。此外，LAMOST J1010+2358恒星基本不含鍶、鋇等中子俘獲元素，幾乎未受到中子俘獲過程的影響。這些化學(xué)豐度特征無法通過核坍縮超新星理論模型解釋，卻與260倍太陽質(zhì)量的PISN理論計(jì)算結(jié)果高度吻合。

　　邢千帆認(rèn)為，這一研究發(fā)現(xiàn)首次從觀測上證實(shí)PISN的存在，并為第一代超大質(zhì)量恒星(超過100倍太陽質(zhì)量)形成和演化的觀測研究指明方向。同時，PISN的前身星質(zhì)量大、壽命短(小于300萬年)，在其爆發(fā)后誕生的恒星極可能是迄今發(fā)現(xiàn)的最為古老的第二代恒星。

　　哈佛大學(xué)前天文系主任阿維·勒布(Avi Loeb)稱，發(fā)現(xiàn)PISN的證據(jù)是貧金屬星研究領(lǐng)域的“圣杯”之一。《自然》期刊審稿人評價說，該成果第一次為PISN與銀暈恒星化學(xué)豐度之間的聯(lián)系提供決定性證據(jù)。

　　中科院國家天文臺趙剛研究團(tuán)隊(duì)表示，期待能夠利用郭守敬望遠(yuǎn)鏡、中國空間站工程巡天望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)更多化學(xué)豐度特殊的恒星，使天文學(xué)家可以通過對第一代恒星遺跡的分析，進(jìn)一步確定恒星初始質(zhì)量函數(shù)，加深對銀河系演化歷史的理解。(完)