已知宇宙中“最原始恒星”亮相，金属丰度创历史新低

10 月 8 日消息，众所周知，宇宙正以超光速膨胀中，人类只靠光 / 电磁波来观测是远远无法看到宇宙边缘的，当前可观测宇宙（又称哈勃体积，受光速限制并随宇宙年龄动态扩展）直径约为 930 亿光年（可能只占宇宙很小一部分），但这已经是目前人类所能够探测到的最大范围了。

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由芝加哥大学 Alexander Ji 领导的天文学家团队最近发现了一颗目前已知宇宙中“最原始”的恒星（SDSS J0715-7334）。相关论文于 9 月 25 日以预印本形式发表在 arXiv 上，或将为研究宇宙早期恒星形成提供重要线索。

天文学界普遍认为，在大爆炸后最早形成的恒星主要由氢和氦组成，仅含极少量锂。随着这些恒星内部的核聚变反应产生较重元素并在超新星爆发中散布至宇宙空间，后续世代的恒星才逐渐富含更多重元素。恒星所含重元素比例（即金属丰度）成为判断其“年龄”和形成时期的重要依据。金属含量极低的恒星被称为“原始恒星”，在现代宇宙中极为罕见。

这颗新发现的恒星属于红巨星，光谱与化学分析显示其总体金属丰度（Z）低于 7.8 × 10⁻⁷，是迄今观测到金属含量最低的恒星。相比之下，之前纪录保持者（J1029+1729）的金属丰度上限为 1.4 × 10⁻⁶。

研究人员指出：“这颗恒星的金属含量比此前纪录低约两倍，比已知最缺铁的恒星 SMSS J0313-6708 还低十倍以上。”

与以往类似发现不同，SDSS J0715-7334 不仅铁含量极低，碳元素含量也异常稀少。研究团队指出，即便是其他低铁恒星，通常仍含有较多碳元素，而这颗恒星在碳元素上的“贫乏”使其更具独特性。

研究人员认为，该恒星的化学组成模式表明，它可能由一颗质量约为太阳 30 倍的第三星族（Population III）恒星的超新星爆发后残余气体形成（第三星族恒星被认为是宇宙中最早诞生的恒星群）。

论文中写道：“极低金属恒星的详细化学丰度可以通过超新星核合成模型追溯至无金属的第三星族恒星。J0715−7334 是研究第三星族性质的一个特别‘干净’的样本，因为它在银河晕轨道中的远距位置几乎不会受到星际介质污染，同时其对流层包络层也能消除扩散沉降效应。”

团队利用欧洲航天局盖亚（Gaia）数据进行运动学分析与轨道建模，结果显示这颗恒星最初属于大麦哲伦星系（LMC），后来才迁移进入银河系。

除揭示宇宙早期恒星成分外，这项研究还为理解恒星冷却机制提供了新线索。研究指出，J0715−7334 是目前第二颗位于所谓“精细结构冷却阈值”以下的恒星 —— 该阈值描述了含重元素气体通过能量释放加速冷却的过程。团队表示，这一发现表明，要在该阈值以下形成低金属恒星，尘埃冷却机制是必要条件，而这一过程在银河系外的星系中同样存在。

附论文地址：
https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.21643