天文學家發現了一顆已知化學組成最原始的恆星之一 PicII-503,這顆古老恆星如同時間膠囊,保留了宇宙最早期恆星留下的化學痕跡,是目前首度在原始環境中明確呈現第一代恆星化學富集證據的例子。第一代恆星形成於宇宙早期,壽命極短,至今無法被直接觀測;因此,像 PicII-503 這樣的第二代恆星,成為理解宇宙最初元素生成的關鍵線索。(太陽則屬於較晚形成的第三代恆星,已含較多重元素。)
PicII-503 位於極為微弱的矮星系「繪架座 II」(Pictor II)外圍。該星系包含數千顆恆星,年齡超過 100 億年。PicII-503 的鐵含量是銀河系外目前測得最低者,同時卻擁有極高的碳含量,這種特徵與銀河系外圍已知的「碳增強金屬貧乏星」(碳含量相對偏高的低金屬恆星)完全一致,而這類恆星的起源長期以來一直是個謎。PicII-503 是在極微弱矮星系中首次被明確確認的第二代恆星,它是透過暗能量相機(DECam)於 Víctor M. Blanco 4 公尺望遠鏡所進行的巡天觀測所發現。在繪架座 II 周圍數百顆恆星中,巡天觀測資料將 PicII-503 標示為極端金屬貧乏的候選者,使研究團隊得以進行進一步詳細觀測。
宇宙中的第一代恆星由僅含氫與氦的氣體形成,在其核心合成出碳與鐵等第一批重元素,並在爆炸時將這些元素釋放至星際空間,成為後續恆星的材料。第二代恆星因此保留了這些早期化學訊號。研究團隊結合其他觀測資料,發現 PicII-503 的鐵與鈣含量為銀河系外最低紀錄,顯示其清楚保存了第一代恆星的化學富集痕跡。其碳對鐵比例超過太陽的 1500 倍,符合「碳增強金屬貧乏星」的特徵。其中一種解釋是來自第一代恆星的低能量超新星爆炸:鐵等重元素回落至緻密殘骸,而碳等較輕元素被拋出並形成下一代恆星。
PicII-503 的發現支持低能量超新星模型,且由於其位於極小質量的矮星系中,若爆炸能量過高,元素應早已逃逸,這進一步強化了該解釋。此外,這項結果也顯示銀河系銀暈中的碳豐富金屬貧乏星,可能源自這類古老矮星系並在後續併合過程中融入銀河系。這是天文學家首次直接觀測到原始星系中最初元素生成的結果,將銀河系中古老恆星的化學特徵與第一代恆星的起源清楚連結。這類研究如同宇宙考古學,揭示早期恆星的痕跡,也讓我們得以窺見宇宙化學演化的起點,這一過程最終奠定了行星、化學與生命形成的基礎。(編譯 / 段皓元)




