光明日報北京6月7日電（記者齊芳、崔興毅）6月7日，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了中國科學(xué)院國家天文臺趙剛研究員帶領(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（pair-instability supernova, PISN）存在的化學(xué)證據(jù)。在此之前，理論研究曾預(yù)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(dǎo)著早期宇宙化學(xué)增豐過程和演化歷史。理論預(yù)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)域一直致力于通過貧金屬星來研究第一代恒星，部分極貧金屬星（金屬含量低于太陽的百分之一）可能誕生于第一代恒星終結(jié)時形成的氣體云，其化學(xué)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。

　　理論研究表明第一代恒星的質(zhì)量可以達到太陽質(zhì)量的數(shù)百倍，但人們一直未能從觀測上發(fā)現(xiàn)相關(guān)證據(jù)。通常發(fā)現(xiàn)的極貧金屬星保留了核坍縮超新星（core-collapse supernova, CCSN）的核合成產(chǎn)物，但這些超新星的前身星普遍小于100倍太陽質(zhì)量。對于質(zhì)量介于140~260倍太陽質(zhì)量的第一代恒星而言，其核心處產(chǎn)生的正負電子對會減弱恒星內(nèi)部輻射壓力，并導(dǎo)致恒星坍縮形成一種特殊的超新星，即PISN。與核坍縮超新星相比，PISN產(chǎn)物具有極為特殊的化學(xué)組成，在其演化后形成的氣體云中誕生的第二代恒星會展現(xiàn)出極其罕見的化學(xué)豐度模式。

　　論文第一作者邢千帆博士介紹，研究團隊結(jié)合郭守敬望遠鏡（LAMOST）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(xué)豐度極為特殊的恒星（LAMOST J1010+2358），它具有目前已知最低的鈉含量。該恒星的化學(xué)豐度還顯示出了強烈的“奇偶效應(yīng)”，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。這些化學(xué)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PISN理論計算結(jié)果高度吻合。這一發(fā)現(xiàn)首次從觀測上證實了PISN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，PISN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。

　　論文通訊作者趙剛研究員稱，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(xué)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(xué)演化等方面的研究產(chǎn)生深遠影響。

　　哈佛大學(xué)天文系前主任阿維·勒布（Avi Loeb）稱：“發(fā)現(xiàn)PISN的證據(jù)是貧金屬星研究領(lǐng)域的圣杯之一?！?/p>

　　《自然》期刊審稿人評價該成果第一次為PISN與銀暈恒星化學(xué)豐度之間的聯(lián)系提供了決定性證據(jù)。未來我們期待能夠利用LAMOST和中國空間站工程巡天望遠鏡發(fā)現(xiàn)更多化學(xué)豐度特殊的恒星，使我們可以通過對第一代恒星遺跡的分析，進一步確定恒星初始質(zhì)量函數(shù)，加深對銀河系演化歷史的理解。

　　《光明日報》（ 2023年06月08日 04版）