恒星的"灰烬" - 天文学家发现宇宙中第一批恒星的痕迹

利用欧洲航天局的甚大望远镜(VLT)，研究人员首次发现了宇宙中第一批恒星爆炸时留下的指纹。他们探测到了三个遥远的气体云，其化学成分与我们对第一批恒星爆炸的预期相符。这些发现使我们离了解大爆炸后形成的第一批恒星的性质又近了一步。

巴黎天文台-PSL的博士生Andrea Saccardi说："有史以来第一次，我们能够在非常遥远的气体云中识别第一批恒星爆炸的化学痕迹。"他在佛罗伦萨大学的硕士论文中领导了这项研究。

研究人员认为，宇宙中形成的第一批恒星与我们今天看到的恒星非常不同。当它们出现在135亿年前时，它们只包含氢和氦，是自然界中最简单的化学元素。这些被认为比我们的太阳大几十或几百倍的恒星，在被称为超新星的强大爆炸中迅速死亡，第一次用更重的元素丰富了周围的气体。后来的几代恒星都是从这些富集的气体中诞生的，反过来，它们在死亡时也喷射出更重的元素。

最早的恒星现在早已不复存在，那么研究人员如何才能更多地了解它们呢?"佛罗伦萨大学副教授、今天发表在《天体物理学杂志》上的研究报告的共同作者Stefania Salvadori说："可以通过检测它们死亡后散布在环境中的化学元素来间接研究原始恒星。"

利用在智利的欧空局甚大望远镜拍摄的数据，研究小组发现了三个非常遥远的气体云，这些气体云是在宇宙只有其目前年龄的10-15%时看到的，其化学指纹与我们从第一批恒星的爆炸中所期望的一致。根据这些早期恒星的质量和它们爆炸的能量，这些第一批超新星释放出不同的化学元素，如碳、氧和镁，这些元素存在于恒星的外层。但是其中一些爆炸的能量不足以排出更重的元素，如铁，这只存在于恒星的核心。为了寻找这些最早作为低能量超新星爆炸的恒星的蛛丝马迹，研究小组因此寻找了铁含量低但富含其他元素的遥远的气体云。他们发现了这一点：在宇宙早期的三个遥远的云层中，铁的含量非常少，但有大量的碳和其他元素--这就是最早的恒星爆炸的指纹。

这种奇特的化学成分在我们银河系的许多老恒星中也被观察到，研究人员认为这些恒星是第二代恒星，直接由第一代恒星的"灰烬"形成。这项新的研究在早期宇宙中发现了这种灰烬，从而为这一难题增加了一块缺失的部分。Salvadori解释说："我们的发现为间接研究第一批恒星的性质开辟了新的途径，充分补充了对我们星系中恒星的研究。"

为了探测和研究这些遥远的气体云，研究小组使用了被称为类星体的光信标--由遥远的星系中心的超大质量黑洞驱动的非常明亮的源。当来自类星体的光在宇宙中旅行时，它会穿过气体云，不同的化学元素会在光中留下印记。

为了找到这些化学印记，研究小组分析了用欧洲航天局VLT上的X-shooter仪器观测的几个类星体的数据。X-shooter将光分成极其广泛的波长或颜色，这使得它成为一个独特的仪器，可以识别这些遥远的云层中的许多不同的化学元素。

这项研究为下一代望远镜和仪器开创了新的可能，比如欧空局即将推出的极大型望远镜(ELT)及其高分辨率的ArmazoNes高色散埃切莱特光谱仪(ANDES)。意大利国家天体物理研究所的研究员、该研究的共同作者Valentina D'Odorico总结说："通过ELT的ANDES，我们将能够更详细地研究许多这些罕见的气体云，我们将能够最终揭开第一批恒星的神秘面纱。"