天文學家發現了恆星中的瑪土撒拉——一顆位於我們太陽系附近的居民,它至少有 132 億年的歷史,形成於大爆炸後不久。
“我們認為這顆恆星是宇宙中已知年齡最古老的,並且其年齡得到了很好的確定,”賓夕法尼亞州立大學帕克分校的霍華德·邦德說。他於 1 月 10 日在加利福尼亞州長灘舉行的美國天文學會會議上宣佈了這一發現。
這顆古老的恆星,被稱為 HD 140283,距離我們的太陽系相對較近,只有 186 光年,並且已經被天文學家研究了一個多世紀。研究人員早就知道,該天體幾乎完全由氫和氦組成,這是宇宙早期形成的標誌,那時連續幾代恆星還沒有機會形成更重的元素。但沒有人確切知道它有多老。
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確定恆星的年齡需要幾個步驟。首先,該團隊使用哈勃太空望遠鏡的精細制導感測器在 2003 年至 2011 年間記錄的 11 組觀測資料,對恆星的距離進行了新的、更精確的測定。這些感測器測量目標恆星相對於參考恆星的位置。在測量了恆星的距離和它在天空中顯示的亮度後,天文學家能夠以非凡的精度計算出恆星的固有光度。
然後,該團隊利用了 HD 140283 已進入其核心氫耗盡的階段這一事實。邦德說,在那個階段,恆星緩慢變暗的光度是其年齡的高度敏感指標。他的團隊計算出該恆星有 139 億年的歷史,誤差約為 7 億年。在實驗誤差範圍內,該年齡與宇宙的年齡 137.7 億年並不衝突。
因此,這顆恆星的年齡至少為 132 億年——這是另一個已知的瑪土撒拉的年齡——並且可能更老一些。邦德說,它的年齡的確定性也比之前的情況好得多。
然而,這一發現確實對早期恆星的形成施加了限制,德克薩斯大學奧斯汀分校的 Volker Bromm 說,他沒有參與這項研究。他指出,第一代恆星是由原始氣體凝聚而成的,這些氣體中沒有比氦更重的元素。這意味著,HD 140283 雖然很老,但它的化學成分(一種低但非零的重元素丰度)表明該恆星一定是在第一代恆星之後形成的。
因此,Bromm 說,形成第二代恆星的條件“一定很早就到位了”。他指出,在標準情景中,第一批恆星在大爆炸後幾億年內凝聚而成。第一代恆星質量巨大且壽命短暫,在超新星爆炸中死亡,加熱了周圍的氣體,並注入了更重的元素。
但在第二代恆星形成之前,這些氣體必須冷卻下來。第二代恆星 HD 140283 的早期年齡暗示,第一代和第二代之間的冷卻時間或延遲可能非常短,也許只有幾千萬年,Bromm 指出。