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第一代超大質(zhì)量恒星演化成為對不穩(wěn)定超新星的藝術(shù)展示圖。對不穩(wěn)定超新星將含有多種元素的物質(zhì)拋射到星際介質(zhì)中，并以此形成下一代恒星。國家天文臺供圖

6月7日，國際學術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了中國科學院國家天文臺研究員趙剛帶領(lǐng)的國際團隊的一項重要成果。研究團隊率先在銀暈恒星中發(fā)現(xiàn)了第一代超大質(zhì)量恒星演化后坍縮形成的對不穩(wěn)定超新星（PISN）存在的化學證據(jù)。

在此之前，理論研究曾預言這種特殊超新星的存在，但從未被觀測發(fā)現(xiàn)。該成果證實這一超新星源自于一顆質(zhì)量高達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)量分布的認知。

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，主導著早期宇宙化學增豐過程和演化歷史。理論預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)域一直致力于通過極貧金屬星（金屬含量低于太陽的百分之一）來研究第一代恒星。

國家天文臺副研究員、論文第一作者邢千帆說：“之所以選擇貧金屬星為目標，是因為部分極貧金屬星可能誕生于第一代恒星終結(jié)時形成的氣體云，其化學豐度完整保留了第一代恒星演化產(chǎn)物的特征，從而使我們能夠利用這些‘活化石’揭示第一代恒星的演化歷史?！?/p>

研究團隊結(jié)合郭守敬望遠鏡低分辨率光譜和日本昴星團（Subaru）望遠鏡高分辨率光譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了一顆化學豐度極為特殊的恒星（LAMOST J1010+2358）。這顆恒星具有目前已知最低的鈉含量，其化學豐度還顯示出了強烈的“奇偶效應”，即原子序數(shù)為奇數(shù)的元素含量遠低于相鄰的原子序數(shù)為偶數(shù)的元素含量。此外，該恒星基本不含鍶、鋇等中子俘獲元素，幾乎未受到中子俘獲過程的影響。

論文通訊作者趙剛說：“這些化學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)量的對不穩(wěn)定超新星理論計算結(jié)果高度吻合。這就意味著我們在這顆恒星上找到了對不穩(wěn)定超新星存在的化學證據(jù)。”

研究團隊表示，這一發(fā)現(xiàn)首次從觀測上證實了對不穩(wěn)定超新星的存在，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了方向。同時，對不穩(wěn)定超新星的前身星質(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。

趙剛稱，此項研究從觀測上證實第一代恒星的質(zhì)量可以達到太陽質(zhì)量的數(shù)百倍，揭示了PISN在宇宙早期化學增豐過程中的貢獻，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演化等方面的研究產(chǎn)生深遠影響。

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