宇宙於誕生初期曾長時間處於不透明且無光的「黑暗時代」，直到第一代恆星點燃核融合反應，輻射出高能量光子，逐漸電離濃密的氣體與塵埃，使宇宙轉為透明。然而這些被稱為第三族恆星（Population III）的宇宙中初代恆星，至今尚未被直接觀測到。近期，天文學家發現一顆金屬元素含量極低的恆星，為第三族恆星的研究提供關鍵的銜接線索。該恆星屬於第二族恆星（Population II），而其形成時間非常接近天文學家推論的第三族恆星誕生時期。
極低亮度矮星系繪架座II中的恆星。影像來源：CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA
這顆恆星名為PicII-503，位於距離地球約15萬光年的矮星系Pictor II。該星系是一個典型的「化石星系」，恆星族群極為古老，數十億年來幾乎未再有新恆星形成或外來的星際物質匯入，因此保留了宇宙形成初期的原始化學環境。光譜分析顯示，PicII-503的鐵含量僅為太陽的約四萬三千分之一，鈣含量更低至約為太陽的十六萬分之一，為目前在極低亮度矮星系中所測得金屬含量最低的恆星。然而，其碳元素相對含量卻顯著偏高，約為這些金屬元素的三千倍，顯示其形成氣體中富含來自宇宙極早期恆星的核融合產物。
左圖下方白框為恆星PicII-503在影像中的位置，右圖為白框範圍的放大圖。影像來源：CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA
在宇宙形成初期，星際物質幾乎僅由氫與氦構成。第一代恆星在核心進行核融合反應的過程中，逐步合成較重元素，直至鐵元素產生而燃料耗盡後，這些大質量恆星迅速以超新星爆炸的方式終結生命，將所產生的重元素拋射至星際空間。這些被天文學稱為「金屬」的元素隨後混入氣體雲中，成為下一代恆星的形成材料。因此，恆星金屬含量可作為其年齡與形成世代的重要指標：金屬含量越低，代表其誕生於宇宙越早期的階段。
恆星PicII-503誕生於宇宙形成初期，天文學家推測其年齡可達約130億年。影像來源：CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA
研究團隊利用美國國家科學基金會Víctor M. Blanco 4米望遠鏡上的暗能量相機所進行之「古老星系繪圖CaHK巡天計畫」（MAGIC），篩選出極低金屬含量的候選恆星。PicII-503因其極端的化學特徵而脫穎而出。其觀測結果提供了一個前所未有的窗口，使天文學家得以追溯宇宙初代恆星的元素生成機制與宇宙早期化學演化歷程。此類天體的發現，不僅彌補了第三族恆星難以直接觀測的缺口，也為理解宇宙從「無金屬」到多元素豐富狀態的轉變提供關鍵證據。
資料來源：Science Alert
本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。
