天文学家发现遥远的气体云和第一批恒星的残余物

利用ESO的甚大望远镜(VLT)，研究人员首次发现了宇宙中第一批恒星爆炸留下的指纹。他们探测到三个遥远的气体云，其化学成分与我们从第一次恒星爆炸中预期的相匹配。这些发现使我们离了解大爆炸后形成的第一批恒星的性质更近了一步。

“有史以来第一次，我们能够识别出非常遥远的气体云中第一批恒星爆炸的化学痕迹，”巴黎天文台-PSL的博士生Andrea Saccardi说，他在佛罗伦萨大学的硕士论文中领导了这项研究。

研究人员认为，宇宙中形成的第一批恒星与我们今天看到的恒星非常不同。当它们在13亿年前出现时，它们只含有氢和氦，这是自然界中最简单的化学元素。这些恒星被认为比我们的太阳质量大数十倍或数百倍，很快就在被称为超新星的强大爆炸中死亡，首次用更重的元素富集了周围的气体。后来的恒星就是从这种富集的气体中诞生的，反过来，当它们死亡时，它们也会喷射出更重的元素。

但是第一批恒星现在已经消失了，那么研究人员如何才能更多地了解它们呢?“原始恒星可以通过检测它们死后分散在环境中的化学元素来间接研究，”佛罗伦萨大学副教授Stefania Salvadori说，他是今天发表在“天体物理学杂志”上的这项研究的合著者。

利用ESO在智利的VLT拍摄的数据，研究小组发现了三个非常遥远的气体云，当宇宙只有当前年龄的10%-15%时，可以看到，并且化学指纹符合我们对第一批恒星爆炸的预期。根据这些早期恒星的质量和爆炸的能量，这些最初的超新星释放出不同的化学元素，如碳，氧和镁，它们存在于恒星的外层。

但其中一些爆炸的能量不足以排出更重的元素，如铁，铁只存在于恒星的核心中。为了寻找这些第一批以低能超新星形式爆炸的恒星的迹象，研究小组因此寻找遥远的含铁量低但富含其他元素的气体云。他们发现了：早期宇宙中三个遥远的云，铁很少，但碳和其他元素很多——这是第一批恒星爆炸的指纹。

在我们银河系的许多老恒星中也观察到了这种奇特的化学成分，研究人员认为这是直接由第一批恒星的“灰烬”形成的第二代恒星。这项新研究在早期宇宙中发现了这样的骨灰，从而为这个难题增加了一块缺失的部分。“我们的发现为间接研究第一批恒星的性质开辟了新的途径，完全补充了我们银河系中恒星的研究，”Salvadori解释说。

为了探测和研究这些遥远的气体云，该团队使用了被称为类星体的光信标 - 由遥远星系中心的超大质量黑洞提供动力的非常明亮的光源。当来自类星体的光穿过宇宙时，它会穿过气体云，不同的化学元素在光上留下印记。

为了找到这些化学印记，研究小组分析了在ESO的VLT上使用X-shooter仪器观察到的几个类星体的数据。X-shooter将光分成极宽的波长或颜色范围，这使其成为识别这些遥远云层中许多不同的化学元素的独特仪器。

这项研究为下一代望远镜和仪器打开了新的窗口，如ESO即将推出的超大望远镜(ELT)及其高分辨率ArmazoNes高色散Echelle Spectrograph仪(ANDES)。“通过ELT的ANDES，我们将能够更详细地研究许多这些罕见的气体云，我们将能够最终揭示第一批恒星的神秘性质，”国家天体物理研究所研究员Valentina D'Odorico总结道。

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