大麥哲倫暈。圖片來源：NASA

這顆恒星來自宇宙之初。

如果把數(shù)學家、工程師和天文學家放到一個房間里，詢問他們π是多少，你馬上就能體會到數(shù)學、工程學和天文學的區(qū)別。

數(shù)學家會告訴你，π就是π。

工程師會告訴你，π大約是3.14，在要求不高的情況下近似取3也不是不能用。

天文學家則會表示，把π當成3.14還是太麻煩了，干脆當1算，當10也不是不行，反正數(shù)量級差不多。

從某種程度上說，天文學之所以讓人產(chǎn)生這樣的刻板印象，是因為我們對這個宇宙的了解還是太有限了，哪怕只能把數(shù)據(jù)的誤差范圍約束到幾個數(shù)量級內(nèi)，在很多時候也算相當不錯的進步了。

氫元素、氦元素和金屬元素

當然，我們對宇宙的了解也不總是這么粗糙，比如今天的我們可以觀測宇宙大爆炸的余暉——宇宙微波背景輻射，推測宇宙誕生時的成分。結果是，宇宙大爆炸時幾乎只產(chǎn)生了氫和氦兩種元素，還有少量的鋰。其他更重的元素，幾乎只能通過恒星核心的核聚變，以及超新星爆炸產(chǎn)生。

不過就算宇宙中存在合成各？種元素的機制，近130億年過去，宇宙中最主要的元素還是氫和氦。按質(zhì)量計算，今天銀河系中氫元素占74%，氦元素占24%，兩者合計占宇宙總質(zhì)量的98%。所以，在天文學家的元素周期表中，宇宙只有三種元素：氫元素、氦元素和金屬元素——是的，所有比氫和氦更重的元素都被天文學家稱為金屬。

第一代恒星與太陽的元素比例。第一代恒星幾乎完全由氫和氦組成，而太陽還包含天文學家稱為“金屬”的較重元素。圖片來源：NASA、ESA、CSA、STScI

宇宙大爆炸后第一批形成的恒星應該只由氫和氦組成，缺乏金屬元素導致氣體云冷卻效率極低，只有質(zhì)量足夠大的氣體云才能塌縮形成恒星。所以宇宙第一批恒星的質(zhì)量都非常巨大，一般質(zhì)量可以達到太陽質(zhì)量的幾十倍甚至數(shù)百倍。較大的體型導致其核心溫度很高，核聚變速率極快，這些恒星會在數(shù)百萬年內(nèi)走向生命盡頭。在生命結束時，有些第一代恒星通過超新星爆發(fā)將核心聚變產(chǎn)生的金屬元素拋向宇宙，導致第二代恒星中金屬元素的含量更高。第二代恒星消亡后，第三代恒星金屬含量就更高了，而我們的太陽就屬于第三代恒星。

一顆恒星的金屬含量越低，說明它的形成時間越早，也就蘊含了更多來自宇宙極早期的秘密?？上У氖牵裉斓挠钪嬷幸呀?jīng)沒有了第一代恒星，第二代恒星和第三代恒星的金屬含量也普遍較高。為了尋找金屬含量盡可能低的恒星，天文學家一般傾向于使用先進的望遠鏡觀測宇宙邊緣，尋找那些來自光錐盡頭的原始恒星。但其實，在鄰近的宇宙中，也可能存在一些金屬含量較低的第二代恒星。

來自宇宙之初

恒星的質(zhì)量越大，壽命就越短。反過來，如果恒星的質(zhì)量足夠小，壽命就會越長。如果一顆第二代恒星形成的時間足夠早，那么它的金屬含量可能就會足夠低；如果它的質(zhì)量足夠小，那么它的壽命就可能足夠讓它從宇宙早期存活至今。天文學家就能從這樣的恒星中窺探宇宙初期的秘密。最近，天文學家就在大麥哲倫云中發(fā)現(xiàn)了一顆幾乎沒有金屬污染的恒星。

這顆恒星被稱為SDSS J0715-7334，是一顆紅巨星。在它之前，已知金屬豐度最低的恒星是銀河系盤中的一顆恒星，金屬豐度在1.4×10-6以下。而這顆恒星的金屬豐度在7.8×10-7以下。作為對比，太陽的金屬豐度大約是1.6%。

SDSS J0715-7334（紅色五角星）的碳豐度和鐵豐度都極低，圖表橫坐標、縱坐標分別為恒星碳氫豐度之比的對數(shù)值、鐵氫豐度之比的對數(shù)值。圖片來源：原論文

SDSS J0715-7334的金屬豐度極低，以至于我們觀測到的最遙遠、最原始的星系的金屬豐度也是它的十倍。它是我們發(fā)現(xiàn)的最接近“純凈無金屬”狀態(tài)的恒星，天文學家也能從它極低的金屬豐度來推測它的身世。

首先，通過觀測碳、鎂和鐵等元素相對于氫的具體豐度，我們可以了解這顆恒星的母星大小。如果它是一顆第二代恒星，那么它將來自一顆第一代恒星的超新星遺跡，這顆第一代恒星質(zhì)量應該只有太陽質(zhì)量的30倍，質(zhì)量小得令人驚訝。

另外，SDSS J0715-7334的碳含量異常低，這一點令人意外。因為第一代恒星質(zhì)量較大，其中氦元素燃燒的碳氮氧聚變循環(huán)能夠高效地產(chǎn)生碳元素、氮元素和氧元素。碳的缺乏也表明在恒星形成區(qū)域存在大量塵埃冷卻氣體云，因為只有氣體云足夠冷，才能形成足夠小的恒星。

SDSS J0715-7334在大麥哲倫云中的運動姿態(tài)也表明，它形成于小星系的氣體云中，而不是一顆來自宇宙其他地方的流浪恒星。這意味著我們將來甚至有可能在銀河系中發(fā)現(xiàn)更多這樣的恒星。

宇宙中的第一代恒星早已經(jīng)在數(shù)百億年前燃盡了，SDSS J0715-7334只可能是一顆第二代恒星。但就連韋布空間望遠鏡（JWST）在宇宙早期發(fā)現(xiàn)的、最缺少金屬的高紅移星系，金屬含量也要比SDSS J0715-7334高10倍。這只能說明，韋布空間望遠鏡的觀測能力依然沒能觸及天文學家窺探第一代恒星的夢想。

所以說，就算就算耗盡心建造、發(fā)射韋布空間望遠鏡，人類依然沒能找到宇宙中的第一代恒星。我們對宇宙依然還有太多的不了解。很多時候并不是天文學家對誤差的容忍度太過夸張，而是宇宙尺度本身就橫跨多個數(shù)量級，讓天文學家不得不用對數(shù)、用數(shù)量級來描述我們對它的模糊認知。

https://www.universetoday.com/articles/the-most-metal-free-star-ever-observed-is-found-in-our-own-backyard

https://arxiv.org/abs/2509.21643

來源：環(huán)球科學

編輯：小赫Amy

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