環繞銀河系光環的三顆恒星形成于120億至130億年前 _銀河系

麻省理工學院的天文學家發現了宇宙中最古老的三顆恒星，它們生活在我們自己的銀河系附近。這些恒星位于銀河系的“暈”中，即包圍主星系盤的恒星云，它們似乎形成于120億至130億年前，當時最早的星系正在形成。來源：Serge Brunier；國家航空和航天局
據麻省理工學院（Jennifer Chu）：麻省理工學院的研究人員，包括幾名本科生，發現了宇宙中最古老的三顆恒星，它們恰好生活在我們自己的銀河系附近。
研究小組發現了銀河系“光環”中的恒星，光環是包圍整個主星系盤的恒星云。根據該團隊的分析，這三顆恒星形成于120億至130億年前，也就是第一批星系形成的時候。
研究人員為小型吸積恒星系統恒星創造了恒星“SASS”，因為他們認為每顆恒星都曾屬于自己的小型原始星系，后來被更大但仍在增長的銀河系吸收。今天，這三顆恒星是各自星系中剩下的全部恒星。它們環繞著銀河系的外圍，研究小組懷疑那里可能有更多這樣的古老恒星幸存者。
麻省理工學院物理學教授Anna Frebel說：“鑒于我們對星系形成的了解，這些最古老的恒星肯定會在那里。” 。“它們是我們宇宙家譜的一部分。我們現在有了一種新的方法來尋找它們。”
當他們發現類似的SASS恒星時，研究人員希望將其用作超微弱矮星系的類似物，這些星系被認為是宇宙中最早幸存的星系之一。這些星系今天仍然完好無損，但距離太遠，太微弱，天文學家無法深入研究。
由于SASS恒星可能曾經屬于類似的原始矮星系，但現在在銀河系中，而且距離銀河系更近，它們可能是理解超微弱矮星系演化的一把鑰匙。
Frebel說：“現在，我們可以在銀河系中尋找更多更明亮的類似物，并研究它們的化學演化，而不必追逐這些極其微弱的恒星。” 。
她和她的同事今天（5月14日）在《皇家天文學會月報》上發表了他們的發現。這項研究的合著者是約旦扎爾卡大學的穆罕默德·馬爾迪尼；希拉里·安達萊斯23歲；以及現任麻省理工學院本科生Ananda Santos和Casey Fienberg 。
恒星邊界
該團隊的發現源于課堂概念。在2022年秋季學期， Frebel開設了一門新課程8.S30（觀測恒星考古），學生們在該課程中學習分析古代恒星的技術，然后將這些工具應用于以前從未研究過的恒星，以確定它們的起源。
Andales說：“雖然我們的大多數課程都是從頭開始教授的，但這門課立即使我們處于天體物理學研究的前沿。” 。
學生們利用弗雷貝爾多年來從拉斯坎帕納斯天文臺6.5米的麥哲倫-克萊望遠鏡收集的恒星數據進行研究。她把這些數據的硬拷貝放在辦公室的一個大活頁夾里，學生們仔細翻閱，尋找感興趣的明星。
特別是，他們正在搜尋138億年前大爆炸后不久形成的古老恒星。當時，宇宙主要由氫和氦以及鍶和鋇等極低豐度的其他化學元素組成。因此，學生們通過Frebel的活頁夾尋找光譜或星光測量結果表明鍶和鋇豐度較低的恒星。
他們的搜索范圍縮小到了麥哲倫望遠鏡在2013年至2014年間最初觀測到的三顆恒星。天文學家從未對這些特定的恒星進行過追蹤，以解釋它們的光譜并推斷它們的起源。當時，他們是弗雷貝爾班上學生的完美人選。
學生們學習了如何表征一顆恒星，以便為分析這三顆恒星的光譜做準備。他們能夠用各種恒星模型來確定每一顆恒星的化學成分。恒星光譜中特定特征的強度，對應于特定波長的光，對應于特殊元素的特定豐度。
在完成分析后，學生們能夠自信地得出結論，與他們的參考恒星——我們自己的太陽相比，這三顆恒星的鍶、鋇和鐵等其他元素的豐度確實非常低。事實上，與今天的太陽相比，一顆恒星的鐵和氦含量不到萬分之一。
桑托斯回憶道：“盯著電腦看了好幾個小時，進行了很多調試，瘋狂地發短信和發電子郵件，才弄清楚這一點。” 。“這是一個巨大的學習曲線，也是一次特殊的經歷。”
“正在逃亡”
這些恒星的低化學豐度確實暗示了它們最初形成于120億至130億年前。事實上，它們的低化學特征與天文學家之前對一些古老的超微弱矮星系的測量結果相似。該團隊的恒星起源于類似的星系嗎？它們是如何來到銀河系的？
根據直覺，科學家們檢查了恒星的軌道模式以及它們是如何在天空中移動的。這三顆恒星位于銀河系光環的不同位置，估計距離地球約30000光年。（作為參考，銀河系的星盤跨度為100000光年。）
當他們利用蓋亞天體測量衛星的觀測結果追溯每顆恒星圍繞銀河系中心的運動時，研究小組注意到了一件奇怪的事情：相對于主盤中的大多數恒星（它們像賽車場上的汽車一樣運動），這三顆恒星似乎都走錯了方向。在天文學中，這被稱為“逆行”，是一個物體曾經被“吸積”或從其他地方吸入的線索。
Frebel說：“唯一能讓其他明星走錯路的方法就是你把他們扔錯了路。” 。
這三顆恒星的軌道與星系盤甚至暈的其他部分完全不同，再加上它們的化學豐度較低，有力地證明了這些恒星確實是古老的，曾經屬于更古老、更小的矮星系，這些星系以隨機角度落入銀河系，并在數十億年后繼續其頑固的軌道。
Frebel很好奇天文學家之前分析的光環中其他古老恒星的逆行是否是其特征，他查閱了科學文獻，發現了其他65顆恒星，它們的鍶和鋇豐度也很低，似乎也與銀河系的流動相反。
Frebel說：“有趣的是，它們的速度都很快——每秒數百公里，走錯了方向。” 。“他們在逃亡！我們不知道為什么會這樣，但這是我們需要的拼圖，而我在開始時并沒有完全預料到。”
該團隊渴望尋找其他古老的SASS恒星，現在他們有了一個相對簡單的方法：首先，尋找化學豐度低的恒星，然后追蹤它們的軌道模式，尋找逆行的跡象。他們預計，在銀河系4000多億顆恒星中，該方法將發現一小部分但數量可觀的宇宙中最古老的恒星。
Frebel計劃在今年秋天重新開設這門課，回顧第一門課程，以及三位將成績公布的學生，帶著欽佩和感激之情。
她說：“能和三名女大學生一起工作真是太棒了。這對我來說是第一次。” 。“這真的是麻省理工學院方式的一個例子。我們做到了。無論誰說‘我想參與’ ，他們都可以做到，好事就會發生。”