超大质量恒星在球状星团起源的第一个可能证据

球状星团是宇宙中质量最大、最古老的星团。它们最多可以包含1万颗恒星。这些同时诞生的恒星的化学成分显示出任何其他恒星群体中都没有发现的异常现象。解释这种特殊性是天文学的巨大挑战之一。

在想象超大质量恒星可能在起源之后，来自日内瓦大学和巴塞罗那大学以及巴黎天体物理学研究所(CNRS和索邦大学)的一个团队认为，他们已经发现了第一个化学痕迹，证明它们存在于球状原星团中，出生在大爆炸后约440.<>亿年。这些结果是通过詹姆斯韦伯太空望远镜的观测获得的，发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

球状星团是非常密集的恒星群，分布在一个球体中，半径从十几光年到一百光年不等。它们可以包含多达1万颗恒星，存在于所有类型的星系中。我们的家园大约有180个。他们最大的谜团之一是他们的恒星组成：为什么它如此多样化?例如，氧、氮、钠和铝的比例因恒星而异。然而，它们都是在同一时间出生的，在同一个气体云中。天体物理学家谈到“丰度异常”。

生命短暂的怪物

来自日内瓦大学(UNIGE)和巴塞罗那大学以及巴黎天体物理学研究所(CNRS和索邦大学)的一个团队在解释这一现象方面取得了新的进展。2018年，它开发了一个理论模型，根据该模型，超大质量恒星在这些星团形成过程中会“污染”原始气体云，以异质方式用化学元素富集它们的恒星。

“今天，由于詹姆斯韦伯太空望远镜收集的数据，我们相信我们已经找到了这些非凡恒星存在的第一个线索，”UNIGE科学学院天文学系正教授Corinne Charbonnel解释说，该研究的第一作者。

这些天体怪物的质量是太阳的5，000到10，000倍，中心温度(75万°C)是太阳的五倍。但证明它们的存在是复杂的。“球状星团的年龄在10亿到13亿年之间，而超级恒星的最长寿命是<>万年。因此，它们很早就从目前可观测到的集群中消失了。只剩下间接痕迹，“巴塞罗那大学ICREA教授，该研究的合著者Mark Gieles解释说。

被光揭示

由于詹姆斯韦伯望远镜非常强大的红外视野，合著者能够支持他们的假设。这颗卫星捕捉到了我们宇宙中迄今为止已知最遥远、最年轻的星系之一发出的光。GN-z13位于大约3亿光年，只有几千万年的历史。在天文学中，对宇宙物体光谱的分析是确定其特征的关键因素。在这里，这个星系发出的光提供了两条有价值的信息。

“已经确定它含有非常高比例的氮和非常高密度的恒星，”UNIGE科学学院天文学系副教授，该研究的合著者Daniel Schaerer说。

这表明在这个星系中正在形成几个球状星团，并且它们仍然拥有一颗活跃的超大质量恒星。“氮的强烈存在只能通过极高温度下氢的燃烧来解释，只有超大质量恒星的核心才能达到，正如我们团队的硕士生Laura Ramirez-Galeano的模型所示，”Corinne Charbonnel解释说。

这些新成果加强了国际团队的模式。目前唯一能够解释球状星团丰度异常的方法。科学家们的下一步将是使用詹姆斯韦伯的数据，在遥远星系中形成的其他球状星团上测试该模型的有效性。

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