2008年4月22日 星期二

第一代恆星

  在130至140億年前的宇宙初期的大霹靂過後,所形成的第一代恆星,將會是只由氫與氦所組成的,一般來說認為它們會是相當大質量的恆星,它們的壽命非常短,因此在現今的宇宙我們已經無法觀察到第一代的恆星。取而代之的,我們可以觀察到在緊接著第一代恆星死亡後,所誕生的第二代恆星,它們的組成相當缺乏重元素。也因此搜尋鐵元素比例相當低的恆星,就成為尋找這些在相當早期形成恆星的必要條件。

  第一個例子是在2005年由Christlieb等人所發現的HE 0107-5240,第二個例子則是2005年Frebel等人所發現的HE 1327-2326,它們的鐵元素含量分別只有太陽的1/200,000和1/300,000,在這之前我們所知的鐵元素含量最低的恆星是太陽的1/25,而這個記錄保存了二十多年。但相對來說,它們較太陽含有更多的較輕的元素,如碳、氮、氧,這些元素是形成目前我們所認知的生命相當重要的成分。

  現今的電腦模型預測,宇宙早期形成的恆星具有約數百倍太陽質量,在數百萬年之間就會將它們的燃料消耗殆盡,它們死亡後會噴發出大量的鐵和少量的碳,但這和Iwamoto等人的模型所預測,以及2005年由Christlieb和Frebel兩組科學家所觀察到的重金屬含量相當低的早期恆星,似乎有所矛盾,不過目前觀測的結果顯示恆星在形成時其質量也會有各樣的分佈,這樣的分佈使第一代恆星可能也有僅相當於25倍太陽質量的恆星,這樣低質量的第一代恆星可能就可以解釋目前所觀察到的第二代恆星HE 0107-5240和HE 1327-2326的元素豐度。這兩顆恆星的質量可能僅有太陽的80%,壽命較長,根據目前較被接受的模型,這樣低質量的恆星,可能是因為第一代恆星爆發所引起的震波所形成的,它們也提供了我們唯一的機會,去瞭解在它們之前的第一代恆星所製造出的元素豐度,這些恆星的大氣記住了孕育它們的雲氣成分。

  在這之前所發現的12個低金屬豐度的恆星,其中有5個有較多的輕元素如碳、氮、氧,看來似乎早期的宇宙環境適合這些輕元素的生成,這也是目前早期恆星形成的模型中相當重要的一環,因為這些輕元素提供了有效率的冷卻機制,能讓皆下來的低質量恆星有效的生成。

參考資料:
Timothy C. Beers, Science 309, 390, (2005)
N. Christlieb et al., Nature 419, 904 (2005)
A Frebel et al., Nature 434, 871 (2005)